в. с. лысюк
ПРИЧИНЫ И МЕХАНИЗМ
СХОЛА КОЛЕСА
С РЕЛЬСА
ПРОБЛЕМА ИЗНОСА
КОЛЕС И РЕЛЬСОВ
2-е издание,
переработанное и дополненное
МОСКВА "ТРАНСПОРТ" 2002

УДК 625.143+ 629.024
ББК 39.22-04
Л 88
Лысюк В. С. Причины и механизм схода колеса с рельса. Проблема износа колес
и рельсов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Транспорт, 2002. — 215 с.
Приведены основные виды сходов колес с рельсов и рассмотрены причины,
вызывающие сходы. Подробно проанализирован механизм возникновения повышенного
бокового износа рельсов и колес в кривых участках пути. Даны рекомендации по
предотвращению сходов колес с рельсов и снижению интенсивности бокового износа рельсов
и гребней колес.
1-е изд. вышло в 1997 г.
2-е изд. дополнено конкретными рекомендациями по расследованию причин
схода колес с рельсов.
Для инженерно-технических работников путевого хозяйства.
Рецензент д-р техн. наук В. Я. Шульга
Редактор А. С. Яновский
ISBN 5-277-02281-3
© В. С Лысюк, 1997
© Оформление и иллюстрации,
издательство "Транспорт", 1997
© В С. Лысюк, 2002, с изменениями
и дополнениями

ВВЕДЕНИЕ
Прочность, интенсивность использования и качество технического
обслуживания основных технических средств транспорта (пути,
локомотивов и вагонов) на всех железных дорогах мира, в том числе и
России, во все времена были определяющими безопасность движения
поездов.
Весьма характерна с этой позиции современная ситуация на
железных дорогах России.
До начала 90-х годов объемы перевозок непрерывно возрастали.
Темп роста протяженности железных дорог и перевозочных средств
отставал от темпа роста потребности в перевозках. Поэтому росла
интенсивность использования технических средств транспорта.
Максимума указанная интенсивность достигла в конце 80-х годов. В
дальнейшем в связи с уменьшением объемов перевозок она снижалась
и в 1995 г. по основному показателю — среднесетевой
грузонапряженности брутто уменьшилась более чем вдвое по сравнению
с 1988 г. (с 42,6 млн. т-км брутто/км в год до 19,2 млн. т-км
брутто/км в год). Образовался избыток провозной и пропускной
способности дорог. При этом существенно снизилось среднесетевое
значение (с учетом порожних пробегов) фактической осевой нагрузки
на путь грузовых поездов.
Итак, прочность железнодорожного пути на дорогах России к
началу 90-х годов достигла самой высокой в мире величины благодаря
систематической замене при капитальных ремонтах слабых
конструкций пути с рельсами Р50 на самые прочные в мире конструкции с
рельсами Р65, эпюрой шпал 1840 — 2000 шт/км и увеличенной
толщиной слоя щебня под шпалами. Поскольку интенсивность
использования пути снизилась за последние 7 лет более чем вдвое, возросли
возможности повышения качества его технического обслуживания.
Обусловлено это не только снижением больше чем в два раза средне-
сетевой грузонапряженности и снижением осевых нагрузок, но и
сохранением количества и улучшением качественного состава
(снижением доли женщин) монтеров пути в дистанциях пути и путевых
машинных станциях (ПМСах), повышением оснащенности путевого
хозяйства путевыми машинами и механизмами, увеличением количе-
3

ства и продолжительности "окон" между поездами для
машинизированного текущего содержания и ремонтов пути.
Современный путь на основных магистралях России имеет как
минимум десятикратный запас прочности по общепринятой в технике
ее оценки сравнением действующих напряжений с пределом
прочности (временным сопротивлением).
В течение последних пяти лет снизилась примерно вдвое
потребность в локомотивах и вагонах. Это тоже огромная отдушина в
улучшении их технического обслуживания, повышения профессионализма
локомотивных бригад и осмотрщиков вагонов из-за снижения
потребности в этой категории работников и исключения из парка
отработавших свой ресурс вагонов и локомотивов.
Так почему же около 40 % сходов подвижного состава с рельсов
(крушений и аварий) в течение последних лет отнесены на путь,
имеющий десятикратный запас прочности при пониженной, более чем
вдвое, интенсивности его использования и улучшенном техническом
обслуживании? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо
разобраться в причинах и механизме схода колес с рельсов.
Анализ вагонных и локомотивных причин и механизмов схода
колес с рельсов также необходим для объективной комплексной
оценки современного состояния безопасности движения поездов на
дорогах России.
Основные технические средства транспорта, особенно путь и
вагоны, весьма консервативны и обладают огромной "наследственной"
памятью к перегрузкам. Их "здоровье" было сильно подорвано в
результате неразумного десятилетнего эксплуатационного эксперимента
по загрузке вагонов вместо 61 т сначала до 72 т, а потом и до 80 т со
снижением скорости движения поездов, в которых был хоть один
вагон с такой загрузкой, примерно вдвое в кривых R < 650 м. При
этом возвышение наружного рельса в таких кривых, предназначенное
для более высоких скоростей, оставалось без изменения. Естественно,
что негативные последствия указанного эксплуатационного
эксперимента сказываются на дорогах России до сих пор, в том числе и на
безопасности движения поездов и интенсивности бокового износа
рельсов и гребней колес.

/. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ И МЕХАНИЗМ СХОДА
КОЛЕС С РЕЛЬСОВ
1. НАТУРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО СХОДУ
КОЛЕС С РЕЛЬСОВ
1.1. Эксперименты по сходу колес с рельсов
из-за выжимания экипажей, распора и сдвига колеи
Известно, что критерием истины при определении причин и
механизма схода колес с рельсов (крушений и аварий поездов) являются
натурные эксперименты. Естественно, что такие эксперименты
сопряжены с определенным риском и значительными затратами. Поэтому
их проведение требует серьезной подготовки и не часто практикуется.
Результаты таких экспериментов представляют огромный интерес.
На экспериментальном кольце ВНИИЖТа выполнена серия
натурных экспериментов по сходу колес с рельсов из-за выжимания
экипажей, распора и сдвига колеи. Эксперименты выполнялись под
руководством автора с участием В.А. Коваля на рельсах Р65 при
деревянных и железобетонных шпалах, щебеночном, асбестовом и песчаном
балласте; при добитых и наддернутых костылях с имитацией
одиночной и кустовой негодности деревянных шпал, а также при засыпанных
и оголенных шпальных ящиках и торцах шпал.
По пути I двухпутного участка (рис. 1.1) локомотивом
перемещался со скоростью 15—25 км/ч четырехосный полувагон, загружен-
Рис. 1.1. Схема экспериментов по сходу колес с рельсов из-за выжимания экипажа,
распора и сдвига колеи:
1.3 — полувагоны с загрузкой соответственно Рст < 200 кН/ось и Рст ~ 270 кН/ось; 2 — локомотив
(стрелкой показано направление движения); 4 — штанга; 5,6 — домкраты
5

ный щебнем до PCT = 270 кН/ось. По пути II с помощью штанги 4
синхронно перемещался такой же четырехосный полувагон, но с
меньшей загрузкой. Букса в буксу были смонтированы распорные
домкраты 5 и 6, позволяющие на ходу задавать распирающую силу Я от 0 до
400 кН (по 200 кН на одну ось). Установленные по протяжению пути
приборы фиксировали отжатие головки и подошвы рельса, в том
числе его наклон (динамическую разуклонку) при одновременном
фиксировании динамометрическими колесными парами сил бокового
горизонтального воздействия колес на рельсы.
При этом по протяжению пути были заложены участки с песчаным,
асбестовым и щебеночным балластом в разрыхленном и уплотненном
состояниях, а также с заполненными и пустыми шпальными ящиками
и с присыпанными и оголенными торцами шпал. При костыльном
скреплении испытаны варианты, имитирующие наличие одиночной и
кустовой негодности деревянных шпал (с полной расшивкой одной
или двух шпал), добитых и наддернутых костылей, разного количества
костылей и противораспорных подкладок (с приваренным обрубком
внутреннего пришивочного костыля). Заезды повторялись
многократно с доведением в ряде случаев до схода колес из-за распора или
сдвига колеи.
Кратко основные результаты указанных уникальных
экспериментов состоят в следующем.
Во-первых, на участках с железобетонными шпалами и
скреплением КБ сход колес с рельсов из-за распора колеи невозможен
вследствие невозможности отрыва внутренней кромки подошвы
рельса от подкладок и его наклона (раскантовки). На таких участках
при превышении допускаемого бокового воздействия колес на рельсы
возможен сход из-за сдвига рельсошпальной решетки колесами
тележки или из-за выжимания порожнего (малозагруженного) вагона
вследствие вкатывания гребня на головку рельса. Выжимание
наиболее вероятно при наличии бокового износа рельсов.
Во-вторых, на участках с деревянными шпалами и
типовым костыльным скреплением при малозагруженных вагонах
(Pст <100 кН/ось), особенно при порожних вагонах, сход колес с
рельсов из-за распора колеи происходит вследствие наклона рельса
гребнями (рис. 1.2) (отжатие подошвы не превышает 1—1,5 мм
при отжатии головки 50—60 мм). При этом распор колеи с провалом
колеса происходит при значительно меньших (в 1,5—2 раза) силах
бокового воздействия колес, чем сход из-за сдвига решетки на
участках с железобетонными шпалами и в 1,2—1,3 раза меньше,
чем сход из-за сдвига на участках с деревянными шпалами и
оголенными торцами шпал. Чем меньше загрузка вагона, тем вероятнее
сход из-за распора колеи. При полногрузных вагонах сопротивление
распору значительно больше.
6

В-третьих, сопротивление распору колеи тем больше, чем меньше
радиус кривой. В прямых участках сход колес из-за распора колеи
при костыльном скреплении возможен одновременно под
несколькими тележками подряд, а в крутых кривых — как правило, только
под одной тележкой. При групповом боковом воздействии колес
тележки на головку рельса ее отжатие при костыльном скреплении
значительно (в 1,5—1,9 раза) больше, чем при одиночном. Линия
влияния отжатия головки тем короче, чем круче радиус кривой,
но во всех случаях длиннее, чем определяемая расчетом по балочной
теории вследствие смещения плоскости действия активных и
реактивных боковых сил на величину, равную высоте рельса (при Р65
на 180 мм). При этом сила бокового воздействия подошвы рельса
на шпалу, обусловленная боковым воздействием гребней на головку
рельса, существенно меньше, чем при расчете по балочной теории
с действием активных и реактивных боковых сил в одной плоскости.
Рис 1.2. Отжатие гребнем колеса головки рельса из-за его наклона (на виде сверху
колесная пара условно не показана)
7

В-четвертых, на участках с деревянными шпалами и типовым
костыльным скреплением существенно облегчен (по сравнению с
участками с железобетонными шпалами) сход из-за выжимания экипажей
(вкатывания гребня на боковую грань головки) вследствие
возможности наклона рельса (см. рис. 1.2) из-за отрыва внутренней кромки
подошвы рельса от подкладок.
В-пятых, при типовом костыльном скреплении (без противораспор-
ных подкладок) во всех опытных поездках раньше происходил сход
колес из-за распора колеи, чем из-за ее сдвига даже при оголенных
концах шпал и пустых шпальных ящиках. Только после применения
противораспорных подкладок с приваренным обрубком внутреннего
пришивочного костыля (рис. 1.3) боковой сдвиг колеи происходил до
критических размеров даже на щебеночном балласте, но при больших
силах бокового воздействия колеи на головку рельса, чем при распоре
колеи до критических размеров без противораспорных подкладок.
В-шестых, отжатие подошвы рельса во всех случаях отжатая
головки до критических размеров (50—60 мм) не превышало 1—1,5 мм,
даже при зашивке не на пять, а на три костыля и при полной расшивке
одного и двух концов шпал подряд (сопротивление раскантовке
рельса меньше, чем сопротивление сил трения подкладок по шпалам даже
при имитации одиночной и кустовой негодности шпал).
В-седьмых, при движении тележки с прижатыми силой по 2 тс
и более гребнями колес к головке рельса происходит наддергивание
внутренних пришивочных костылей и упругий наклон рельса (см.
рис. 1.2) с последующим восстановлением ширины колеи после
прохода такой тележки. Чем больше сила бокового воздействия
гребней колес на головку рельса и чем меньше вертикальная сила,
тем на большую величину наддергиваются внутренние пришивочные
костыли.
1.2. Эксперименты по сходу колес с рельсов
из-за сжатия поезда продольной силой при торможении
На экспериментальном кольце ВНИИЖТа была проведена также
серия натурных экспериментов с реализацией в движущемся поезде
различных продольных сил сжатия в прямой и кривых радиусом 700
8

и 400 м. При превышении действующих норм допускаемых
продольных сил сжатия в поезде произошел запланированный сход колес с
рельсов одной (первой по ходу) колесной пары у порожнего вагона
(следующего за полногрузным вагоном) вследствие его выжимания
(рис. 1.4). При дальнейшем экспериментировании при полногрузном
подвижном составе запланированный сход произошел вследствие
распора типовой конструкции рельсовой колеи с деревянными новыми
шпалами и костыльным скреплением (рельсы Р65). Распор колеи
произошел на прямой перед входом в кривую R = 400 м на протяжении
45 м с одновременным провалом шести тележек: одной вагонной
(провалились оба левых по ходу колеса) и пяти локомотивных (тележки
провалились поочередно обоими правыми или обоими левыми
колесами). Распор произошел за счет раскантовки рельсовой нити
(рис. 1.5) относительно наружной кромки подошвы (отжатие подошвы
относительно шпал не превышало 1—1,5 мм) с наддергиванием
внутренних пришивочных костылей. Сошедшие с рельсов локомотивы
толкали состав, головная часть которого вместе с головным
локомотивом была заторможена для создания в эксперименте повышенных
продольных сил сжатия в поезде. В момент распора рельсовой колеи
сошедшие с рельсов экипажи (полувагон и три секции локомотива
4ТЭ10С) находились в перекошенном положении по схеме "елочка".
В результате указанных экспериментов и теоретических расчетов
ВНИИЖТом были разработаны новые нормативы допускаемого
Рис 1 4. Сход первой по ходу колесной пары с рельсов из-за выжимания порожнего
вагона продольными силами сжатия при торможении
9

Рис. 1.5. Сход с рельсов локомотивов-толкачей из-за распора колеи с раскантовкой
рельсовой нити
бокового воздействия колес тележки на путь и нормативы
допускаемых продольных сил сжатия в поезде, которые 9 июня 1990 г.
были утверждены МПС для практического использования на дорогах
сети (ЦД-ЦТ-ЦП-4805).
1.3. Нормативы допускаемого бокового воздействия
колес тележки на путь
Нормативы допускаемой рамной силы от воздействия колес тележки
по предотвращению сдвига под поездом звеньевого пути с деревянными
шпалами. В табл. 1.1 приведены продольные значения рамной силы от
воздействия на путь одной колесной пары, в табл. 1.2 — от
воздействия на путь тележки, т. е. суммарной рамной силы от двух колесных
пар (Р0 — осевая нагрузка).
Нормативы допускаемого бокового воздействия колес тележки на
путь (Hб) по условию предотвращения распора колеи. От воздействия
одной колесной пары допускаемое значение боковой силы не должно
превышать следующего уровня:
10

При групповом воздействии двух колесных пар тележки
Боковая сила для локомотивов с трехосными тележками,
имеющими разбег средней оси, рассчитывается как сумма боковых сил от
крайних осей тележки. При этом каждая из них не должна превышать
значения, определяемого выражением (1.1).
Таблица 1.1
Конструкция верхнего
строения пути
Рельсы Р50, щебень
или асбест
Рельсы Р65, щебень
или асбест
Рельсы Р75, щебень
или асбест
Рельсы Р50, Р65, Р75,
песок или гравий
Рельсы Р50, Р65, песок с
глинистыми включениями
Предельно допустимое значение рамной силы
от колесной пары (Hр), кН
для вагонов
Hр < 8,8 + 0,36Ро
Hр < 10,4 + 0,42Po
Hр < 11,4 + 0,46Po
Hр < 0,3Po
Hр < 0,25Ро
для локомотивов
Hр < 10,5 +0,43 Р0
Hр< 12,5 + 0,50Po
Hр <13,7 + 0,55Po
Hр <0,31Po
Hр < 0,25Po
Таблица 1.2
Конструкция верхнего строения
пути
Рельсы Р50, щебень
или асбест
Рельсы Р65, щебень
или асбест
Рельсы Р75, щебень
или асбест
Рельсы Р50, Р65, Р75,
песок или гравий
Рельсы Р50, Р65, Р75, песок с
глинистыми включениями
Предельно допустимое значение суммарной рамной силы от
тележки (ΣHр), кН
для вагонов
HР<17,3 + 0,70 Po
HР<20,3 + 0,83Po
Hр< 22,3 + 0,91Po
Hр < 0.6Po
Hр < 0,5Po
для локомотивов
Hр < 20,8 + 0,84Ро
Hр < 24,4 + 0,99Po
Hр < 26,8+ 1,09Po
Hр< 0,6Po
Hр < 0,5Po
11

Нормативы допускаемого бокового воздействия колес тележки на
бесстыковой путь с железобетонными шпалами по условию
предотвращения его сдвига под поездом. При отклонении температуры
рельсовых плетей до 60 °С от температуры закрепления сопротивление
сдвигу всех типовых конструкций бесстыкового пути под поездом
обеспечивается при следующем уровне группового воздействия колес
тележки:
1.4. Нормативы допускаемых продольных
квазистатических сжимающих сил в поезде
В табл. 1.3 приведены максимально допустимые квазистатические
(действующие не менее 2 с) продольные сжимающие силы в поезде,
полученные как ограничивающие по условиям устойчивости экипажа
на рельсах, а также устойчивости пути поперечному сдвигу (в том
числе и бесстыкового) и распору (раскантовке рельсов).
Если на перегоне имеются участки пути с различной конструкцией
верхнего строения, максимально допустимые квазистатические
продольные силы (действующие не менее 2 с) ограничиваются по
наиболее слабой конструкции.
Соблюдение приведенных нормативов допускаемого бокового
воздействия колес тележки на путь и допускаемых значений
продольных сжимающих квазистатических сил в поезде
гарантирует предотвращение крушений, аварий и брака в работе из-за
выжимания экипажей, распора и сдвига рельсовой колеи под
поездом.
Есть научно обоснованные нормативы, но их соблюдение
затруднено, потому что для условий реальной эксплуатации нет средств
контроля. Имеются хорошо отлаженные методики и технические
средства измерения продольных сил в поезде с помощью наклеенных
на автосцепку тензодатчиков, а также одиночного и группового
12
где Hp1, Hp2 — рамные силы соответственно от первой и второй осей тележки.
Нормативы допускаемого бокового воздействия колес тележки на
путь по условию предотвращения всползания гребня колеса на рельс.
Устойчивость против всползания вагонных и локомотивных колес на
рельс обеспечивается при выполнении следующих условий:
Нб/Р < 0,86 — для вагонов; Нб/Р < 1,23 — для локомотивов,
где Р и Hб — соответственно вертикальная и боковая силы, передаваемые от колеса на
рельс, кН.

бокового воздействия колес на рельсы с помощью тензометрических
колесных пар. Но эти методики и технические средства пока
используются только в единичных экземплярах для исследовательских
целей. Как быть при расследовании причин схода колес с рельсов
в реальных условиях эксплуатации? Ответ: использовать
теоретические методы расчета, в том числе методы математического
моделирования. Ниже излагаются причины роста продольных сил в
поезде и наиболее простые методы таких расчетов.
Таблица 1.3
Грузовой вагон с грузом
нетто массой, т:
0
10
20
30
40
50—70
Пассажирский вагон
Локомотивы (без
стабилизирующих автосцепных устройств):
электровозы ВЛ10, ВЛ11, ВЛ80
(всех серий) и тепловозы 4 ТЭ10С
и 3ТЭ10М
Значения допустимых сил сжатия, кН.
при радиусе кривых, м
150
400У
600У
800У
1000У
950АТ
1200У
1000П
950АТ
1000П
950АТ
400У
-
400П
500У
200
450У
650У
850У
1050У
1000П
950АТ
1250У
1000П
950АТ
1000П
950АТ
450У
-
400П
500У
250
500У
700У
900У
1100У
1000П
950АТ
1000П
950АТ
1000П
950АТ
500У
350Б
400П
500У
400
500У
750У
950У
1150У
1000П
950АТ
1000П
950АТ
1000П
950АТ
500У
350Б
400П
500У
700 и
более
500У
800У
1000У,
950АТ
1200У
юооп
950АТ
юооп
950AT
1000П
950АТ
500У
350Б
400П
500У
Примечание. У — ограничение по устойчивости колеса на рельс (против всползания);
11 — ограничение по устойчивости пути с рельсами Р50 и нестабилизированным балластом; Б —
ограничение по устойчивости бесстыкового пути; AT — ограничение по прочности автосцепки при
гяге и электрическом торможении.
13

2. ПРИЧИНЫ РОСТА ПРОДОЛЬНЫХ СИЛ СЖАТИЯ В ПОЕЗДЕ
2.1. Влияние массы локомотива и режима ведения поезда
на продольные силы сжатия в поезде
Многосекционная группировка мощных современных
локомотивов в голове поезда, применение прямодействующего локомотивного
тормоза, рекуперативного, реостатного, экстренного и полного
служебного торможений — это основные причины роста продольных
квазистатических (действующих более 2 с) сжимающих сил в поезде.
Если бы тормозная система была такой, что после включения тормоза
машинистом силы, определяемые произведением усилия нажатия
тормозных колодок на колесо на коэффициент трения, возникали
одновременно по всему протяжению поезда и если бы их значения по длине
поезда были бы распределены равномерно и не было использования
только локомотивного тормоза, то никаких проблем по сходу колес с
рельсов из-за выжимания порожних вагонов, распора и сдвига колеи
не было бы. Но при используемых сейчас в грузовых поездах
пневматических тормозах после включения тормоза машинистом головного
локомотива, тормоза в вагонах включаются не одновременно, а
постепенно, начиная с головы. По данным экспериментов РИИЖТа,
развитие тормозного процесса в хвосте поезда отстает по времени от
головной части, например для сдвоенного поезда на 9—11 с, а у обычного
до 5 с, т. е. останавливающиеся головные вагоны с локомотивом
около 5—11 с сдерживают свободный бег хвостовых вагонов. Так как
вагоны соединены только автосцепкой, подвижной в
горизонтальной плоскости на угол, позволяющий вписываться в кривые радиусом
150 м и менее, то в результате высокой тормозной эффективности
локомотива с головными вагонами под действием сжимающей поезд
силы от набегающих незаторможенных хвостовых вагонов, вагоны в
средней части поезда устанавливаются в рельсовой колее в
зигзагообразную линию. При этом в средней части поезда реализуется в
продольную квазистатическую сжимающую силу значительная
кинетическая энергия, определяемая накатыванием незаторможенной хвостовой
части поезда на заторможенную. Численно эта энергия определяется
выражением
где т — масса незаторможенных вагонов; ν1 и ν2 — соответственно начальная и
конечная скорости незаторможенных вагонов.
С увеличением массы и длины поезда возрастают продольные силы
в нем: растягивающие — при тяге головных локомотивов и торможе-
14

нии хвостовых и сжимающие при торможении головных локомотивов
и тяге хвостовых. Эти силы остаются постоянными в стационарных
режимах движения и изменяются во времени при переходных
режимах. В большинстве эксплуатационных переходных режимов в поезде
действуют квазистатические составляющие продольных сил.
Отметим еще раз, что опасна для выжимания порожних вагонов,
распора и сдвига рельсовой колеи не динамическая (определяемая
соударением вагонов), а квазистатическая продольная сжимающая
сила в движущемся поезде.
Повышение мощности локомотивов, их многосекционная
группировка в голове поезда, внедрение в обращение соединенных поездов с
рассредоточением локомотивов по длине поезда и использованием
толкачей с одновременным снижением качества содержания
тормозной системы поездов и профессионализма поездных бригад
машинистов в части пользования тормозами — это и есть основная причина
роста продольных квазистатических сжимающих сил в поездах.
Последствия налицо. На Северной дороге за последние годы произошло
более 50 случаев выжимания порожних экипажей в организованных
поездах. На Горьковской — аналогичная картина, но больше случаев
распора колеи с провалом колесных пар.
Оценим роль массы головного многосекционного локомотива в
формировании продольных сжимающих квазистатических сил в
поезде.
На дорогах России сейчас нередки случаи образования ползунов
(лысок) на колесах локомотивов. Об этом свидетельствуют данные
обточек колес в локомотивных депо из-за ползунов. Известно, что
ползуны на колесах локомотивов образуются только при торможении,
когда тормозная сила на контакте колесной пары с рельсами
превышает предельно допустимую силу Fсц.о по их сцеплению:
15
где Рол — вертикальная нагрузка от колесной пары локомотива на рельсы;
коэффициент сцепления колесной пары с рельсами при торможении.
Максимально возможная квазистатическая сжимающая сила в
автосцепке, соединяющей локомотив с поездом, при движении по
прямой на площадке равна силе, ограниченной сцеплением
локомотивных колес с рельсами, Fсц и определяется выражением
где п — число осей в локомотиве.
Известно, что при торможении на затяжных спусках машинисты,
как правило, применяют песок. В этом случае значение коэффициента
сцепления ƒсц может быть равно 0,3. В тяговых расчетах обычно
используют ƒсц = 0,22-0,25.

При расчете Fсц с использованием ƒсц = 0,2 юз не возможен.
В табл. 2.1 приведены результаты расчетов возможной по сцеплению
локомотивных колес с рельсами продольной квазистатической
сжимающей силы в автосцепке, соединяющей локомотив с поездом
при следовании локомотива на площадке в прямом участке пути.
Согласно утвержденным 09.06.90 г. нормативам (Временные
методические указания по обеспечению безопасности движения грузовых
поездов повышенного веса и длины. ЦД-ЦТ-ЦП-4805/МПС, СССР.
М.: Транспорт, 1990) продольная квазистатическая сжимающая сила
в автосцепке, соединяющей локомотив (без стабилизирующих
автосцепных устройств) с поездом должна быть: не больше 500 кН — по
устойчивости колеса на рельсе (по выжиманию); не больше 400 кН —
по устойчивости пути с рельсами Р50 и нестабилизированным
балластом (по сопротивлению колеи распору и сдвигу); не больше 350 кН —
по устойчивости бесстыкового пути (см. табл. 1.3). Этим же
документом установлена максимальная допускаемая продольная
квазистатическая сжимающая сила в автосцепке порожних грузовых и
пассажирских вагонов — 500 кН.
На участках с ограничением скорости движения поездов по
состоянию пути ниже 60 км/ч согласно этому документу максимальная
сжимающая сила в поезде (в автосцепках вагонов и локомотивов) не
должна превышать 400 кН.
Сравнение указанных нормативов с данными табл. 2.1
свидетельствует, что при вождении поездов (особенно порожняков)
двухсекционными локомотивами (по шесть осей в секции) с осевой нагрузкой
230 кН/ось практически во всех случаях применения прямодействую-
щего локомотивного тормоза на VI позиции крана машиниста и в
случаях экстренного или полного служебного торможения может
создаваться аварийная ситуация по выжиманию порожних вагонов,
распору и сдвигу рельсовой колеи, если не ограничить число
тормозных осей допускаемым количеством [л], определяемым по следующей
формуле (при движении по прямой на площадке):
Таблица 2.1
Типы локомотивов
Двухсекционные электровозы всех
серий
Тепловозы 2ТЭ всех серий
Тепловоз 3ТЭ10М
Число
осей
8
12
18
Pол,
кН/ось
230
230
230
Численное значение Fсц кН,
приƒсц, равном
0.20
368
552
828
0.22
405
607
911
0.25
460
690
1035
0.30
552
828
1242
16

где [F] — допускаемая продольная квазистатическая сила сжатия в автосцепке
локомотива (норматив).
В табл. 2.2 представлены результаты расчетов по формуле (2.4)
допускаемого количества тормозных осей в локомотиве из условия
предотвращения всползания гребня колеса на рельс (выжимания
экипажа), распора и сдвига рельсовой колеи.
2.2. Влияние на продольную квазистатическую
сжимающую силу в поезде его массы и длины
Из выражения (2.1) следует, что чем больше масса поезда, тем
больше кинетическая энергия накатывающегося незаторможенного
поезда на заторможенный локомотив при использовании только
локомотивного тормоза. Точно также можно сказать, что чем больше
масса (загрузка) накатывающихся незаторможенных хвостовых
вагонов, тем больше их кинетическое воздействие на заторможенные
головные вагоны при использовании поездного пневматического
тормоза, особенно при экстренном или полном служебном торможении в
один прием. При этом указанная кинетическая энергия реализуется в
продольную квазистатическую силу сжатия поезда в наибольшей
степени, когда полногрузные вагоны расположены в хвосте поезда, а
порожние — в голове.
Существенную роль оказывают длина поезда, скорость
распространения тормозной волны и время нарастания тормозных сил,
характеризуемые плотностью тормозной магистрали и режимом торможения.
Это следует из статьи специалистов-тормозников П. Т. Гребенюка,
В. Я. Першина и А. И. Тимощука "Продольные силы в грузовых
поездах при торможении", опубликованной в "Вестнике ВНИИЖТа"
№ 5 за 1980 г. В этой статье рассмотрены квазистатические
продольные сжимающие силы в поезде, состоящем из 60, 80, 100 и 120 полно-
17

грузных четырехосных вагонов с массой по 85 т каждый при скорости
распространения тормозной волны, равной 150, 200 и 250 м/с,
коэффициенте л, характеризующем нарастание тормозных сил во времени,
равном 0,5; 1 и 2. По этим данным увеличение количества вагонов в
поезде в 2 раза вызывает рост продольной квазистатической силы в
поезде в 2,5—3 раза. Увеличение скорости распространения
тормозной волны со 150 до 250 м/с или увеличение времени нарастания
тормозных сил от 10 до 20 с снижает продольные квазистатические
силы сжатия в поезде примерно в 1,5 раза.
На рис. 2.1 приведены заимствованные из указанной публикации
графики зависимости максимального значения продольной
квазистатической силы в поезде от количества вагонов в поезде, т. е. от его
длины, а на рис. 2.2 — график распределения продольной
квазистатической силы сжатия при торможении (п = 2) по длине поезда,
состоящего из 100 полногрузных вагонов. Из представленных данных
очевидна чрезвычайно важная роль длины поезда в формировании
продольной квазистатической силы сжатия в нем при торможении. Чем
длиннее поезд, тем больше разрыв времени между срабатыванием
тормозов в головной части поезда и в хвостовой, а значит тем большее
время кинетическая энергия [определяемая выражением (2.1)]
реализуется в продольную квазистатическую сжимающую силу, что
способствует образованию в процессе движения зигзагообразного положения
кузовов экипажей в плане и профиле (рис. 2.3).
Основной вывод, сделанный авторами указанной выше
публикации: "Уровень квазистатических продольных сжимающих сил в поезде
при его торможении определяется в основном характером торможения
и произведением скорости распространения тормозной волны и
времени наполнения тормозных цилиндров экипажей., Чем больше
указанное произведение, тем меньше продольные квазистатические силы
сжатия в поезде".
18

Рис. 2.3. Схема распора колеи (а), ее сдвига (б) и обезгрузки тележек порожнего вагона
(в) из-за действия продольной сжимающей поезд силы F при торможении (Г —
груженый вагон, П — порожний)
Приведенные на рис. 2.1 и 2.2 данные приемлемы только для
движения поезда по прямой на горизонтальной площадке (без уклонов).
В кривых и в условиях сложного профиля пути продольные
квазистатические силы сжатия в поезде при его торможении могут
существенно отличаться.
2.3. Влияние на продольную квазистатическую сжимающую
силу в поезде профиля и плана линии
При движении головы поезда по уклону и (или) в кривой
максимальная квазистатическая сила сжатия в автосцепке, соединяющей
локомотив с поездом,
F = пРол ƒсц ± ΔFi + ΔFr, (2.5)
где Δ Fi — дополнительная гравитационная составляющая продольной
квазистатической силы в автосцепке рассматриваемого сечения поезда (знак плюс — для экипажей,
следующих на подъем с уклоном i, знак минус — для экипажей, следующих по спуску.
На площадке ΔFi = 0); ΔFr — дополнительная составляющая продольной квазиста-
тической силы в автосцепке рассматриваемого сечения поезда от сопротивления
движению в кривой.
19

Первый член формулы (2.10) характеризует максимально
возможное сопротивление движению локомотива, второй —
дополнительную продольную силу от гравитации (минус на спуске и плюс
на подъеме) и третий — дополнительную силу сжатия поезда от
сопротивления в кривой. Анализ формулы (2.10) показывает, что
наиболее неблагоприятным по возникновению недопустимо большой
продольной квазистатической сжимающей силы в движущемся поезде
является случай, когда в конце затяжного спуска включается пря-
модействующий локомотивный тормоз или рекуперация, и
локомотив с головной частью вагонов въезжает на подъем,
расположенный на крутой кривой (рис. 2.4). В этом случае к максимально
возможной квазистатической сжимающей силе в поезде по сцепленцю
локомотивных колес с рельсами при торможении добавляется сила,
обусловленная сопротивлением движению локомотива и головной
части вагонов от подъема и кривизны пути.
Наибольшее значение указанная добавка имеет на некотором
расстоянии от локомотива. Так, например, после десятого вагона (весом
брутто 900 кН каждый), въехавшего после затяжного спуска на подъем
20
В свою очередь
где Qл — вес локомотива; ΣQb — вес вагонов (между локомотивом и рассматриваемым
сечением поезда), следующих по уклону i, измеряемому в °/00 .
где γл, γв — сопротивление от кривизны пути, тс, движению соответственно
локомотива и вагонов (находящихся между локомотивом и рассматриваемым сечением поезда),
следующих по кривой с радиусом R.
Согласно правилам тяговых расчетов
где ΣQB — вес вагонов, находящихся между локомотивом и рассматриваемым сечением
поезда в пределах кривой радиусом R.
Итоговая формула для расчета максимально возможной
продольной квазистатической сжимающей силы в рассматриваемом сечении
поезда при использовании только локомотивного тормоза (в том
числе и рекуперации) имеет вид:

Добавка от подъема и кривизны пути составляет 138 кН. Для этого
же случая продольная квазистатическая сила сжатия в автосцепке,
соединяющей локомотив с поездом, составляет 585 кН, т. е. меньше на
10,5 тс, чем после десятого вагона и на 3,5 тс больше, чем на площадке
в прямом участке пути (см. табл. 2.1). При локомотиве ЗТЭ10М
указанная сила будет не 690 кН, а 966 кН.
Рассмотренный пример является частным случаем. Чтобы
ответить на вопрос, после какого вагона от головы поезда возникает
максимальная продольная квазистатическая сжимающая сила в
автосцепке при использовании только локомотивного тормоза, в том
числе и при рекуперации, необходимо в каждом конкретном случае
анализировать план, профиль линии и режим движения поезда.
Однако можно сделать несколько общих выводов. Во-первых, в
конце затяжных спусков скорость движения, как правило, высокая,
а тормозная магистраль может быть близка к истощению в связи
с многократным использованием на затяжном спуске служебного
торможения. Именно это побуждает машинистов использовать
вспомогательный локомотивный тормоз. Если локомотивный тормоз
использован на спуске или площадке, то максимум продольной
сжимающей силы будет в автосцепке, соединяющей локомотив с
поездом. Если же при торможении только локомотивом голова
поезда после затяжного спуска находится уже на подъеме или в
кривой, или и на подъеме и в кривой одновременно, то максимум
продольной сжимающей силы возникает на некотором расстоянии
Рис. 2.4. Положение поезда в момент схода второго порожнего вагона на Горьковской
железной дороге 03.08.92 г. (51 порожний вагон, локомотив 3ТЭ10М, путь с рельсами
Р65, шпалы деревянные, скрепление костыльное, скорость 62 км/ч)
21
i = 10 ‰ и кривую R = 400 м после торможения прямодействующим
локомотивным тормозом (тепловоз 2ТЭ10В), продольная
квазистатическая сила сжатия в автосцепке согласно формуле (2.10) при ƒсц = 0,2
будет вычислена так:

от локомотива. Это расстояние определяется в основном следующими
факторами: числом вагонов (вслед за локомотивом), находящихся
на подъеме или в кривой; структурой поезда (размещением порожних
и груженых вагонов) и кинетической энергией незаторможенной
хвостовой части поезда, движущейся по спуску перед подъемом
или кривой, в пределах которой находится головная часть поезда.
Во-вторых, из представленных материалов и многолетних
исследований ВНИИЖТа следует, что при торможении поезда продольная
сжимающая квазистатическая сила в нем зависит от множества
конструктивных и эксплуатационных факторов. Часть этих факторов
можно контролировать, измерять и даже управлять ими (режимы
движения, распределение отдельных масс вагонов по поезду, общая масса
и длина поезда и т. п.). Другие факторы можно контролировать, но
ими нельзя управлять (профиль и план линии, распределение зазоров
в межвагонных связях и т. п.). Имеются факторы, которые не
поддаются контролю и могут быть учтены только неявно (фактические
эксцентриситеты в плане и по уровню хвостовиков автосцепок
соседних вагонов, действительное состояние тормозной системы поезда и
поглащающих аппаратов, квалификация машинистов и т. п.).
3. БОКОВОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА РЕЛЬСЫ КОЛЕС ТЕЛЕЖКИ,
ОБУСЛОВЛЕННОЕ КВАЗИСТАТИЧЕСКИМ СЖАТИЕМ ПОЕЗДА
ПРИ ТОРМОЖЕНИИ
3.1. Методика расчета дополнительного бокового воздействия
колес тележки на рельсы, обусловленного квазистатическим
сжатием и растяжением поезда
Состав из экипажей с автосцепками представляет собой
многозвенный шарнирно-стержневой механизм. Звенья этого
механизма — экипаж (рис. 3.1, а, звено L) и автосцепки (звено 2а, где
а — длина автосцепки) при растяжении поезда на прямом участке
пути располагаются на одной прямой линии, если закрепление
хвостовиков автосцепки сцентрировано (располагается на одной прямой).
В этом случае повышение продольной растягивающей силы в поезде
не вызывает увеличения бокового воздействия колес на рельсы.
Каковы причины возникновения дополнительного группового
воздействия колес тележки на путь, обусловленного квазистатическим
растяжением и сжатием поезда на прямых участках? Таких причин
две. Во-первых, это эксцентриситеты закрепления хвостовика
автосцепки в горизонтальной (рис. 3.1, б) и вертикальной (рис. 3.1, г)
плоскости, т. е. е и Δ1 Значение эксцентриситета е обусловлено
22

отклонением от номинального (проектного) положения хвостовика
автосцепки при изготовлении экипажа на заводе, а значение Δ1
кроме того, обусловлено загрузкой вагона и износом колес. Так,
например, при постановке порожнего вагона в поезд с
полногрузными вагонами значение Δ1 (см. рис. 3.1, г) может достигать
100 мм. Во-вторых, это вертикальные перекосы экипажей при сжатии
поезда Δ2 (рис. 3.1, д).
При квазистатическом сжатии поезда его звенья L и 2а в процессе
движения поезда стремятся перекоситься. Удерживают их в основном
положении поперечные связи, роль которых играют тележки с
рессорами и колесными парами, взаимодействующие с рельсовой колеей, а
у локомотивов, пассажирских и рефрижераторных вагонов, кроме
того, устройства упругой поперечной связи кузова с рамой тележки.
23

Из-за наличия зазоров между гребнями и головкой рельса, а также в
рессорных, буксовых и пятниковых узлах (у локомотивов и
цельнометаллических вагонов в устройствах связи кузова с рамой тележки),
из-за извилистого движения экипажей, наличия эксцентриситетов
горизонтального и вертикального расположения хвостовиков
автосцепки относительно номинальной (проектной) продольной линии осей
автосцепок, кузова и автосцепки экипажей располагаются в процессе
движения с некоторыми начальными перекосами. Эти перекосы
возникают чаще всего по схеме "елочки" и при такой схеме групповое
дополнительное воздействие колес тележки на путь является
максимальным. По сравнению с грузовыми вагонами более чувствительны
к таким перекосам цельнометаллические вагоны и современные
локомотивы, особенно многосекционные тепловозы 4ТЭ10С и ЗТЭ10М и
электровозы ВЛ10, ВЛ11 и ВЛ80 в связи с повышенной их
чувствительностью к продольным сжимающим силам.
С увеличением квазистатического сжатия поезда показанные на
рис. 3.1, в, г, д перекосы увеличиваются, вызывая увеличение
группового (бокового и вертикального) воздействия колес тележки на путь.
Такие дополнительные поперечные силы приложены к тележке и
создают в горизонтальном направлении дополнительное групповое
боковое воздействие колес тележки на путь. При этом колеса смежных
тележек действуют на разные рельсовые нити, т. е. стремятся
распереть колею или сдвинуть ее смежными тележками в разные стороны.
В кривых участках пути горизонтальная составляющая Hr
группового бокового воздействия колес тележки на путь (рис. 3.2, а) при
растяжении поезда квазистатической силой F зависит от этой силы,
радиуса кривой R, длины экипажа между осями сцепления автосцепок
/с и определяется выражением
Из формулы (3.1) следует, что в прямых, т.е. при R = ∞,
Hr = 0. В кривых, чем меньше их радиус и чем больше длина
экипажа lс, тем больше дополнительное групповое боковое
воздействие колес тележки на путь, обусловленное квазистатическим
растяжением поезда силой F. Так, например, под тележкой
четырехосного полувагона (lс = 13,92 м) в кривых радиусом 800 и 300 м
при квазистатическом растяжении поезда чрезвычайно большой
силой F = 2000 кН сила Hr составляет соответственно 35 кН и
93 кН. Эти силы значительно меньше сил, способных сдвинуть
рельсовую колею внутрь под поездом или отжать внутреннюю
рельсовую нить до критических размеров. Другими словами, прочность
современных типовых конструкций пути достаточна для реализации
24

допустимой по прочности автосцепки на разрыв силы тяги
головными локомотивами.
Продольные силы в поезде (сжимающие и растягивающие)
экспериментально оценивают по измеренным продольным силам в
автосцепке. Поэтому продольную квазистатическую силу в автосцепке мы
используем для оценки ее влияния на групповое боковое воздействие
колес тележки на путь. Именно такое групповое боковое воздействие
является основной причиной наблюдающихся распоров и сдвигов
рельсовой колеи под поездами, а также интенсивного накопления
таких повреждений и расстройств пути, как постепенная разуклонка
рельсов и уширение колеи, увеличение отказов рельсов по дефектам
21 и 11 и боковому износу, нарушение положения колеи в плане
(рихтовка), а также износа гребней колес.
При квазистатическом сжатии силой F движущегося поезда на
прямом участке пути групповое боковое воздействие колес тележки
на путь Hе, обусловленное эксцентриситетом е закрепления
хвостовиков автосцепки (см. рис. 3.1, б), и групповое боковое воздействие
25

26
на путь Hδ, обусловленное горизонтальным поперечным
перемещением 8 кузова в зоне тележки из-за перекосов по схеме "елочки"
(см. рис. 3.1, в), определяются выражениями:
Образовавшиеся перекосы по схемам 3.1, б и в при сжатии
квазистатической силой F поезда на прямом участке пути, при
проследовании такого поезда в сжатом состоянии по кривой сохраняются, но в
кривой включается боковая нагрузка HR, обусловленная кривизной
пути. При сохранении перекосов по схеме "елочки" в кривой при
расчете групповой боковой нагрузки от колес тележки наружу колеи
определяемое по формуле (3.1) значение Hr суммируется с Hδe, а
внутрь колеи — вычитается. Итоговая формула идентификации
группового бокового воздействия Н колес тележки на путь имеет вид:
Естественно, что при расчете Н для прямых участков пути в
скобках формулы (3.5) остается только первый член, так как второй
превращается в ноль.
В вертикальном направлении дополнительное групповое
воздействие тележки на кузов и путь, обусловленное квазистатическим
сжатием и растяжением поезда применительно к схеме, показанной
на рис. 3.1, г, и при сжатии поезда применительно к схеме на
рис. 3.1, д, определяется выражениями:

3.2. Количественная оценка группового бокового воздействия
на рельсы колес тележек некоторых типов тепловозов,
грузовых и пассажирских вагонов при торможении поездов
Оценка с помощью формул (3.5—3.7) группового воздействия
колес тележки на путь, обусловленного квазистатическим сжатием
поезда, позволяет проводить многовариантные инженерные расчеты
для выявления основных эксплуатационных и конструктивных
параметров подвижного состава и пути, влияющих на указанное
воздействие, и разрабатывать технические мероприятия по его уменьшению и
обеспечению безопасности движения поездов.
Основным эксплуатационным параметром является продольная
квазистатическая сжимающая сила F в поезде. Снижение этой силы в
процессе эксплуатации — одно из важнейших направлений
совершенствования технологии вождения поездов. Но можно значительно
снизить групповое боковое воздействие колес тележки на путь, изменяя
конструкционные параметры подвижного состава и пути. Из формул
(3.5) и (3.7) следует, что чем больше отношение L к l, тем сильнее
групповое воздействие колес тележки на путь. Другими словами, чем
меньше консоль экипажа (расстояние от шкворня тележки до упора
хвостовика автосцепки), тем меньше Н. Уменьшается Н с увеличением
радиуса кривых. Однако самыми главными параметрами,
уменьшением значения которых целесообразно снижать групповое боковое
воздействие колес тележки на путь, обусловленное квазистатическим
сжатием поезда, являются параметры е и δ (см. рис. 3.1, б, в). Дело в том,
что существующая сейчас на наших дорогах автосцепка не имеет
стабилизирующего шарнира в хвостовике. Радиус закругления
хвостовика автосцепки 130 мм, а опорная плита, на которую передается
хвостовиком автосцепки сжимающая поезд сила F, имеет радиус
закругления 150 мм (рис. 3.3, а). Поэтому теоретически сжимающая сила
хвостовиком автосцепки передается опорной плите в точке и при
перекосах экипажей по схеме "елочки" эта точка контакта
перемещается поперек экипажа несущественно. За рубежом на большинстве
железных дорог применяется автосцепка со стабилизирующим шарни-
Рис 3.3. Варианты закрепления хвостовика автосцепки:
/ — опорная плита; 2 — хвостовик автосцепки
27

ром в зоне контакта хвостовика с опорной плитой (рис. 3.3, б). Проект
такой автосцепки имеется и на наших дорогах, но ее выпуск
задерживается. Необходимо отметить, что даже при самом интенсивном
переходе на новую автосцепку, при которой резко (в несколько раз)
уменьшится групповое боковое воздействие колес тележки на путь,
обусловленное квазистатическим сжатием поезда, период такого перехода для
всего подвижного состава сети займет многие годы. Поэтому
представляет огромный интерес оценка [с помощью формулы (3.5)]
влияния на групповое боковое воздействие колес тележки на путь
параметров 5 и е. При F = 1000 кН определенное по формуле (3.2) значение
Не под тележкой четырехосного вагона при е = 20 мм (для вагонов это
реально возможное значение) равно 32 кН даже при отсутствии
перекосов экипажей в колее. Значение параметра 5 определяется
трехчленной функцией:
где 5о — неупругое боковое перемещение шкворневого сечения экипажа (за счет зазоров
между гребнями и рельсом, а также зазоров в буксовых, пятниковых узлах и других
соединениях) при его перекосе по схеме "елочки"; δ (Нδ) — упругое боковое
перемещение кузова, зависящее от силы Нδ .
Значение
Поскольку аргумент 5 зависит от Нδ и Нδe, то расчет Hδ, Hδе по
формулам (3.3) и (3.4) и Я по формуле (3.5) возможен методом
последовательных приближений. Сначала определяется значение Нδе при
δ = е + δo и по полученному Нδе определяется значение 5 по
формуле (3.8). Далее расчет повторяется до приемлемой (малозначимой)
разницы между значением Нδе в /-расчете по сравнению с
расчетом i — 1.
Значительную долю в формировании δо составляют зазоры между
гребнями колес и головкой рельса. Так, например, значение 2δо,
обусловленное только зазором между изношенными гребнями и
головками рельсов, при допустимом уширении рельсовой колеи может
достигать в прямых участках пути 30 мм, а в кривых 50 мм. Из этого
следует, что произведенное на дорогах сети уменьшение ширины
колеи до 1520 мм в прямых и кривых с R> 350 м является полезной
мерой с позиции уменьшения группового бокового воздействия колес
тележки на путь, обусловленного квазистатическим сжатием поезда.
28

Но главный резерв снижения такого воздействия на путь состоит
в уменьшении 8 за счет уменьшения е и увеличения φ, а также
за счет уменьшения зазоров в буксовых, пятниковых и других узлах
подвижного состава, влияющих на поперечные перемещения
(перекосы) кузова, особенно в современных локомотивах. Поскольку в
современных локомотивах, пассажирских и рефрижераторных
вагонах 5 значительно больше, чем в грузовых четырехосных вагонах
с подшипниками качения, то и групповое боковое воздействие колес
тележки этих экипажей на путь (в кривых на наружную нить),
обусловленное квазистатической сжимающей силой F в автосцепке,
тоже значительно больше (табл. 3.1).
Если же конструкционный эксцентриситет передачи хвостовиком
автосцепки продольной сжимающей силы F не равен нулю, т. е. если
е > О, что практически имеет место в подавляющем большинстве
случаев, то приведенные в табл. 3.1 численные значения необходимо
Таблица 3.1
Сжимающая
сила
F,kH
500
1000
1500
Радиус
кривой
R, м
∞
1000
600
300
∞
1000
600
300
∞
1000
600
300
Значение И (при е = 0), кН,
от тележки
четырехосного вагона
с подшипниками
качения
(δ = 0,025 м)
28,5
32,0
34,3
50,1
57,2
64,0
68,6
80,2
85,5
96,0
102,9
120,3
скольжения
(δ = 0,04 м)
45,7
49,0
51,3
57,1
91,4
98,0
102,6
114,2
137,0
147,0
153,9
171,3
пассажирского

цельнометаллического
вагона
(δ = 0,065 м)
64,5
70,5
74,5
84,5
129,0
141,0
149,0
169,0
193,5
211,5
223,5
253,5
тепловоза
4ТЭ10С,
ЗТЭ10М
(5 = 0.08 м)
133,5
137,5
140,5
148,0
267,0
275,0
281,0
296,0
400,5
412,5
421,5
444,2
29
умножить на коэффициент
Очевидно, что если е = 8, то
значения H в табл. 3.1 необходимо удвоить. К сожалению, в настоящее
время численные значения е статистически не оценены.

Из представленных данных следуют выводы: во-первых, что при
одинаковой сжимающей поезд силе F распирающие и сдвигающие
рельсовую колею групповые силы под тележкой
цельнометаллического вагона и современных грузовых локомотивов 4ТЭ10С и ЗТЭ10М
значительно больше, чем под тележкой грузового четырехосного
вагона вследствие того, что значение параметра 8 у локомотивов и
цельнометаллических вагонов больше, чем у грузовых вагонов; во-
вторых, что в кривых участках пути распирающие и сдвигающие
рельсовую колею силы больше, чем в прямых, но в кривых и
сопротивление колеи распору больше, чем в прямых. Обусловлено это тем,
что в кривой скантовать на бок рельс как в прямых практически
невозможно. В кривой распор колеи происходит только за счет
кручения рельса относительно наружной кромки его подошвы в пределах
одной тележки, а не вследствие раскантовки его в пределах нескольких
тележек, как в прямых участках пути.
Наиболее неблагоприятными местами, где возникают наибольшие
распирающие и сдвигающие колею горизонтальные поперечные силы,
обусловленные продольными силами сжатия поезда, являются
тормозные участки и особенно S-образные кривые на них без прямых
вставок, крутые кривые и прямые в пределах 20—30 м на подходах к
кривым и выходе из них, а также закрестовинные и переводные
кривые. Чем меньше радиус кривой и чем больше ширина колеи, тем
больше горизонтальная составляющая продольной силы.
Использование изложенной методики расчета Н в зависимости от
F, δ , е, Δ , L, l и R позволяет научно обосновывать причину схода
колес, а также разрабатывать и реализовывать на практике
технические и технологические меры по предотвращению выжимания
экипажей, распора и сдвига колеи.
3.3. Особенности конструкции ходовых частей вагонов,
обусловливающие образование эксцентриситетов е и 8
Пассажирский вагон в вертикальном направлении опирается
только на четыре скользуна размером 260x160 мм каждый, а дно
подпятника вертикальных нагрузок не воспринимает. Шкворень тоже не
работает (его диаметр 80 мм). Боковые и продольные усилия от кузова
воспринимают реборды подпятников, имеющие высоту 40 мм и
толщину 15 мм. Сечение подпятника в процессе эксплуатации из-за
износа реборд постепенно изменяется. Следовательно, составляющие е и
8 из-за роста боковых зазоров в контакте пятника с подпятником
увеличиваются. Сопротивление повороту тележек пассажирских
вагонов при вписывании в кривые в процессе эксплуатации увеличивается,
так как углубления в скользунах для смазки забиваются черной плот-
30

ной массой, которая уже не смазывает скользуны и они работают в
режиме сухого трения, интенсивно изнашиваясь.
Если в пассажирских вагонах подпятники не воспринимают
вертикальную нагрузку от кузова, то в грузовых дно подпятника
воспринимает почти всю вертикальную и горизонтальную нагрузку от
кузова, так как опирание на скользуны может происходить только
односторонне при нарушении равновесной скорости в кривых или
при боковой качке в прямых. Тем не менее внутренний диаметр
подпятника у них меньше на 55 мм и составляет 305 мм, реборды
тоже ниже на 15 мм (25 мм), шкворень не слоеный, а цельный,
диаметром 50 мм, т. е. меньше на 30 мм. Реборд у шкворневого
отверстия почти нет, они неравномерно сминаются (после фрезеровки
оставляют 3—4 мм).
Реборды подпятников и боковые грани пятников в процессе
эксплуатации изнашиваются и образуется горизонтальный люфт
между ними, в ряде случаев превышающий 5 мм. Шкворневое
отверстие становится также овальным. На ребордах подпятников
в верхней их части и на боковых гранях пятников в нижней их
части металл изнашивается от действия горизонтальных сил Н и
F, происходит закругление внутреннего очертания верха реборд
подпятников и низа пятников.
По существующим правилам шкворень у грузовых вагонов не
должен работать, а между тем он изнашивается, изгибается и даже
ломается, сминая отверстие, куда его вставляют. Об этом сообщалось в
журнале "Путь и путевое хозяйство" № 7 за 1995 г. в статье
"Особенности вагонов, которые необходимо знать" (автор Сливец Д. П.).
Согласно этой публикации был случай, когда после крушения удалось
сфотографировать подпятник с односторонним износом верхней части
реборды до 5 мм. Значит и односторонний износ боковой грани
пятника тоже был примерно таким же. Следовательно, значение
эксцентриситета в сечении шкворня тележки только из-за бокового износа
подпятника и пятника может достигать 10 мм. В приведенном случае
скользун с одной стороны тележки совершенно не работал (ржавый),
а с другой работал (свежеизношенная поверхность). Безусловно, такой
вагон долгое время при эксплуатации находился в перекошенном
состоянии и колеса тележки воздействовали в горизонтальном
поперечном направлении в основном на головку одной рельсовой нити.
Важной особенностью ходовых частей вагонов, обусловливающей
повышенное боковое воздействие гребней колес на головку рельсов
при торможении поезда, является конструктивная возможность
поперечного горизонтального перемещения шкворневого сечения кузова
относительно оси пути. Типовая серийная тележка ЦНИИ-ХЗ имеет
следующие особенности. Боковые рамы выполнены в виде целой
стальной отливки, в средней части которой расположен проем для
рессорного подвешивания, состоящего из двухрядных пружин и фрик-
31

ционных клиньев, а по концам — проемы для букс колесных пар. В
среднем проеме боковин в верхней части с каждой стороны по бокам
есть направляющие, к которым приклепываются сменные
фрикционные планки, изготовленные из закаленной стали. Надрессорная балка
коробчатого замкнутого сечения отлита вместе с подпятником,
опорами для размещения скользунов и гнездами для фрикционных клиньев.
При вертикальных колебаниях вагона по плоскостям
соприкосновения фрикционного клина с Надрессорной балкой и фрикционной
планкой возникают силы трения, которые эти колебания гасят. При
этом происходит износ фрикционных клиньев, и при следовании
порожнего вагона фрикционные клинья могут совсем не работать, т. е.
кузов порожнего вагона вместе с надрессорной балкой опирается
только на пружины и в поперечном горизонтальном направлении его
перемещение ограничивается только поперечной жесткостью пружин
рессорного подвешивания и специальными ограничительными
приливами на боковых рамах. Другими словами, надрессорная балка вместе
с кузовом при действии горизонтальной составляющей силы Я,
обусловленной продольной силой сжатия поезда F, может существенно
перемещаться в поперечном горизонтальном направлении. Если при
неизношенных фрикционных клиньях и при полной загрузке вагона
указанное перемещение в значительной мере ограничивается силами
сухого трения в фрикционных клиньях, то при изношенных клиньях и
порожних вагонах указанное сопротивление поперечному
перемещению надрессорной балки относительно боковин равно нулю, а
величина такого перемещения ограничивается указанными ранее
ограничительными приливами на боковинах.
Существенное влияние на значение эксцентриситета 5 оказывают
также поперечные зазоры в буксовых узлах (разбега колесных пар в
буксах, возможности поперечного перемещения букс в челюстях
боковин) и зазоры между гребнями колес и боковой гранью головок
рельсов. Чем больше указанные зазоры и возможные перемещения, тем
больше сила Я, определяемая по формуле (3.5).
3.4. Сопротивление современных конструкций пути
групповому боковому воздействию колес тележки
Современные конструкции пути Северной, Горьковской и других
дорог России по основным показателям (погонной массе лежащих в
пути рельсов, густоте расположения и размерам шпал, толщине слоя
щебня под шпалами) являются самыми прочными в мире, в том числе
прочнее, чем на дорогах США и Канады, где максимальные осевые
нагрузки и средняя масса грузовых поездов примерно в полтора раза
больше, чем на дорогах России. Однако число случаев схода колес с
рельсов из-за распора и сдвига рельсовой колеи, а также из-за выжи-
32

мания порожних вагонов в России больше. Ответ на вопрос почему,
однозначен. Потому что горизонтальное боковое воздействие на
рельсы колес отечественных вагонов и локомотивов, обусловленное
возникновением в поездах продольных квазистатических сжимающих
сил, значительно больше. Последнее объясняется тем, что
отечественный подвижной состав значительно более чувствителен к продольным
сжимающим поезд силам, чем зарубежный. Причин несколько.
Во-первых, хвостовик автосцепки не имеет стабилизатора,
нейтрализующего эксцентриситет передачи от экипажа к экипажу
продольной сжимающей поезд силы; низкая жесткость поперечной
горизонтальной связи кузова с тележкой, особенно у локомотивов,
пассажирских и рефрижераторных вагонов; нет буферов.
Во-вторых, при таком чувствительном к продольным сжимающим
квазистатическим силам подвижном составе на отечественных
дорогах неоправданно используют приемы торможения поезда только
локомотивом, экстренным, полным служебным и рекуперативным
торможением.
В-третьих, на отечественных экипажах не исследован в полной
мере вопрос конструкционных эксцентриситетов передачи
автосцепками продольных сжимающих сил от экипажа к экипажу.
В-четвертых, концентрация в голове поезда двух, тем более трех
шестиосных секций локомотива с осевой нагрузкой 230—240 кН при
ведении порожнего, а тем более сборного поезда с перемежкой
порожних и груженых вагонов создает аварийную ситуацию при
использовании только локомотивного тормоза на VI позиции, а также при
экстренном и полном служебном торможении, особенно в конце
затяжных спусков.
4. "ШАЛЬНАЯ" ТЕЛЕЖКА ВЫИСКИВАЕТ СЛАБОЕ МЕСТО В ПУТИ
4.1. Что такое "шальная" тележка?
Особенности ее поведения и способы выявления
"Шальная" тележка — это такая тележка, у которой при движении
по прямым участкам пути гребни одной или обеих колесных пар все
время прижаты к головке одной рельсовой нити. Естественно, что при
движении по кривой, если кривизна рельсовой нити, к которой
прижаты гребни, направлена в сторону оси колеи, то такая ("шальная")
тележка воздействует на головку наружного рельса в поперечном
горизонтальном направлении значительно сильнее, чем исправные
("нешальные") тележки.
33

Указанная особенность поведения "шальной" тележки имеет целый
ряд негативных последствий с точки зрения обеспечения безопасности
движения поездов, особенно под порожними вагонами. Вот некоторые
из них.
Во-первых, каждый проход "шальной" тележки под порожним
вагоном, когда вертикальная нагрузка от колеса на рельс мала (Рк = 220:
: 8 = 27 кН) даже при постоянном действии незначительной боковой
силы Н > 10 кН (отношение Н/Рк > 0 ,4), вызывает сплошное наддер-
гивание внутренних пришивочных костылей за счет наклона рельса с
отрывом внутренней кромки подошвы от подкладок (см. рис. 1.2).
При этом указанный упругий наклон рельса происходит только под
"шальной" тележкой. После ее прохода рельс возвращается в исходное
положение. Единственным последствием (свидетельством) прохода
такой "шальной" тележки остаются наддернутые внутренние приши-
вочные костыли. Но при проходе следующей "шальной" тележки
наклон рельса облегчается (костыли уже частично наддернуты) и при
таких же силах Н бокового воздействия очередной "шальной" тележки
на головку рельса, как и предыдущей, происходит дополнительное
наддергивание внутренних пришивочных костылей. В дальнейшем
процесс повторяется. В весенне-летне-осеннее время года, когда
костыли не закрыты снегом и визуально видно, что они наддернуты, их
периодически добивают. В зимний период, как правило, таких доби-
вок не делают. Поэтому весной, когда снег тает, путейцы практически
повсеместно, особенно на тормозных участках обнаруживают, что
внутренние пришивочные костыли сплошь наддернуты. Это результат
(последствия) многократного прохода "шальных" тележек.
Во-вторых, на прямых участках прижатые к головке рельса гребни
"шальной" тележки контактируют с рельсом поверхностью у
основания гребня (см. рис. 1.2), так как боковой износ рельсов на прямых
незначителен. Поэтому интенсивность подреза (износа) гребней колес
"шальной" тележки, которые при движении по прямым постоянно
прижаты к головке рельсовой нити, во много раз больше, чем подрез
(износ) гребней у основания других колес. Боковой износ головки
рельсов на прямых участках пути тоже обусловлен в основном
проходом "шальных" тележек.
Какие факторы свидетельствуют о наличии в обращении
"шальных" тележек и какие способы можно реализовать для выявления
таких "шальных" тележек? Существует два главных фактора и два
способа.
1. Неодинаковый подрез гребней (износ их у основания) у правого
и левого колеса колесных пар. Массовое профилирование колесных
пар, поступивших в обточку в депо ст. Чита, Москва-3, Львов и
других в 1975 и 1989 гг. свидетельствует, что из сотен поступивших в
обточку колесных пар найти два колеса, у которых изношенный
профиль поверхности катания полностью совпадает, невозможно. Каждое
34

колесо имеет свою индивидуальную форму износа. На рис. 4.1
показано заштрихованное поле износа поверхности катания всех
обследованных колес.
Важно отметить, что если в 1975 г. редко встречались изношенные
колесные пары с разностью толщин гребней более 3 мм, то в 1989 г.
количество поступивших в обточку колесных пар с такой разностью
толщин гребней резко возросло (рис. 4.2). Причем, если до 1985 г.
максимум износа наблюдался в средней части поверхности катания
обода, то после 1985 г. максимум износа сместился к основанию
гребня и значительно возрос износ самого гребня. При этом выявлена
весьма любопытная закономерность: если износ обода колеса мал
(менее 1 мм), а износ гребня одного колеса колесной пары
существенный (например, более 5 мм), то износ гребня другого колеса, как
правило, ничтожно мал (менее 1 мм). Этот факт свидетельствует, что
колесная пара находилась в "шальной" тележке.
Результаты этих исследований опубликованы в статье
"Уменьшение бокового износа рельсов и гребней колес" (авторы:
Лысюк В. С, Лукьянов А. В., Цюренко В. Н., Вериго М. Ф.,
Данилов В. Н. — труды ВНИИЖТ, "Управление надежностью
железнодорожного пути", Транспорт, 1991 г.). Естественно, что такое
колесо, у которого произошел значительный подрез гребня (а гребень
второго колеса без подреза), при незначительном вертикальном
износе обода в процессе эксплуатации оказывало повышенное боковое
воздействие на головку рельса.
Рис 4.1. Фактические профили нового (1) и изношенных (2, 3) колес, поступивших в
обточку
35

Рис. 4.2. Фактические профили колес, изъятых из эксплуатации для обточки в 1975 г. (а)
и в 1989 г. (б) (номерами обозначены варианты изношенных колес)
Значит важнейший и самый эффективный способ выявления
"шальных" тележек заключается в определении разности толщин гребней в
колесной паре. Такой способ предписан указанием МПС № 535У от
03.07.95 г. Согласно этому указанию при обнаружении в процессе
эксплуатации разности толщин гребней у колесной пары более 3 мм
делается ее разворот, на вагоне наносится метка РК и такой вагон
должен подвергаться обследованию для выявления причин "шалости"
тележки.
По данным замеров поступающих в обточку колесных пар в
настоящее время их доля с разностью толщин гребней 3 мм и более
составляет более 10 %. И это несмотря на то, что из-за снижения объема
перевозок в последние годы представилась возможность списать
около 25 % парка грузовых вагонов, находящихся в наиболее плохом
состоянии.
2. Непосредственное фиксирование положения относительно
рельса вершин гребней колесных пар (при движении поезда) по их
отпечаткам на ленте специального прибора, разработанного А. В.
Лукьяновым. Устанавливая такие приборы по одной рельсовой нити на
разном расстоянии друг от друга, можно выявлять "шальные"
тележки. На основе результатов использования указанных приборов нами
сделано экспертное заключение, что в современных условиях
примерно из каждых 1000 проходящих тележек грузовых поездов одна-две
являются "шальными".
36

4.2. Основные причины, почему тележка
становится "шальной"
Первая причина — непараллельность осей, образующаяся или
вследствие различия межчелюстных расстояний у правой и левой
боковины, или вследствие отклонений в центровке букс, или вследствие
неблагоприятных сочетаний и чрезмерных значений зазоров в
буксовых узлах (между буксой и челюстями боковин).
Если тележка становится "шальной" из-за непараллельности осей,
то особенность ее поведения в процессе эксплуатации проявляется
тем, что при движении по прямым участкам пути постоянно прижат
к головке одного рельса гребень только одного колеса. При этом
гребень второй оси тележки может быть постоянно прижатым к
головке второго рельса.
Вторая причина — это различие диаметров кругов катания колес,
следующих на прямом участке по правой и левой по ходу рельсовой
нити. При этом возможны варианты, когда при движении по прямым
участкам пути к головке рельса постоянно прижат гребень только
одного колеса, двух колес к одному рельсу и двух колес разных осей
к разным рельсам.
Третья и самая важная, но трудно контролируемая причина — это
эксцентриситет е закрепления в плане хвостовика автосцепки
относительно продольной оси кузова (рис. 4.3). Указанный эксцентриситет е
формируется из эксцентриситета закрепления хвостовика автосцепки
относительно продольной оси кузова и из эксцентриситета этой
продольной оси кузова относительно продольной оси пути на прямом
участке в сечении хвостовика автосцепки вследствие поперечного
эксцентриситета расположения подпятника на надрессорной балке и
поперечного эксцентриситета расположения пятника на хребтовой
балке. Если указанные поперечные эксцентриситеты размещения
подпятника и пятника в разные стороны составляют хотя бы по 0,5 см, а
эксцентриситет закрепления хвостовика автосцепки относительно
продольной оси кузова 1—1,5 см, то эксцентриситет е может
превышать 3 см. При следовании поезда в режиме тяги, если указанный
Рис. 4.3. Схема образования "шальных" тележек из-за конструкционного
эксцентриситета е
37

конструкционный эксцентриситет е закрепления хвостовика
автосцепки относительно оси пути в прямой после выборки зазора между
гребнями колес и головкой рельса, а также в буксовом, рессорном и
пятниковом узлах составит в смежных вагонах хотя бы по 3 см в
разные стороны, то при продольной квазистатической растягивающей
силе F, равной 400, 500, 600 и 700 кН, групповое боковое воздействие
колес тележки, определяемое по формуле (3.2), составит
соответственно 19, 24, 29 и 34 кН (от колес обеих осей вагонной грузовой тележки).
От одного колеса соответственно в два раза меньше. Естественно, что
такие растягивающие силы могут реализоваться в головной части
поезда, следующего в режиме максимальной тяги. Для порожнего
вагона такие боковые (постоянные по ходу) воздействия колес на
головку рельса при вертикальной нагрузке от колеса порожнего
вагона, равной 27,5 кН, даже при полностью исправной тележке вызывают
наклон рельса с наддергиванием внутренних пришивочных костылей.
При этом гребни обоих колес тележки при движении по прямым
участкам будут постоянно прижаты к головке одного рельса. Однако
в указанном случае, если поезд следует в режиме тяги, то воздействие
на рельсы "шальной" тележки с учетом группового бокового
воздействия колес на головку рельса, обусловленного продольной
растягивающей силой, недостаточно, чтобы вызвать отжатие головки
рельсовой нити до сверхкритических размеров и провала колес с другой
рельсовой нити даже при одновременном действии всех трех
указанных ранее причин "шалости" тележки. Совсем другое дело, когда
поезд с такой "шальной" тележкой следует в режиме торможения,
когда в поезде действует продольная сжимающая квазистатическая
сила, обусловленная торможением поезда.
4.3. Продольные сжимающие силы в поезде
при его торможении пбмогают "шальной" тележке
выискивать слабое место в пути и создавать
аварийную ситуацию
При наличии в средней части тормозящего поезда "шальной"
тележки силы бокового воздействия ее гребней на головку рельса,
обусловленные только указанными выше тремя причинами ее "шалости",
значительно больше, чем в случае, когда поезд следует в режиме тяги
или на выбеге. Объясняется это тем, что при тяге значение
конструкционного эксцентриситета е снижается на величину суммарного
бокового зазора в пятниковом, буксовом и рессорном узлах, а также между
гребнем и головкой рельса. Поэтому реальную силу постоянного
прижатия гребней "шальной" тележки, обусловленную эксцентриситетом
е, определяют не по полному значению е, а только по его части [см.
формулу (3.2)]. В поезде, сжатом силой F, боковое воздействие на
38

головку рельса колес "шальной" тележки определяется от суммарного
эксцентриситета е и 5 по формуле (3.5). Поэтому воздействие гребней
"шальной" тележки на головку рельса при торможении может быть в
1,5—2 раза больше, чем приведенное в табл. 3.1 обычной исправной
тележки. Вследствие этого именно "шальная" тележка при
торможении поезда выискивает слабое место в пути и создает в таком месте
аварийную ситуацию для наиболее распространенных видов схода
колес с рельсов: из-за выжимания порожних вагонов (прежде всего в
кривых при наличии бокового износа рельсов), из-за распора колеи на
участках с деревянными шпалами и костыльным скреплением и из-за
сдвига колеи на участках с железобетонными шпалами.
Рассмотрим несколько наиболее характерных, так называемых
слабых мест, где "шальная" тележка совместно с продольной
квазистатической сжимающей силой в поезде при его торможении создает
аварийную ситуацию.
Крутые кривые с деревянными шпалами и типовым костыльным
скреплением на тормозных участках после среднего ремонта.
Практически на всех железных дорогах развитых стран мира на участках с
деревянными шпалами применяют подкладки с асимметричной
относительно рельса площадью опирания — с удлиненным на 19—20 мм
наружным концом (по сравнению с внутренним). При этом
постепенное опускание подкладки вследствие механического износа древесины
при эксплуатации происходит без изменения подуклонки рельсов. На
дорогах России деревянные шпалы делают из мягких пород древесины
(в США, Канаде, примерно до 80 % деревянных шпал изготавливают
из дуба, бука, эвкалипта и других твердых пород) и костыльные
подкладки имеют симметричную относительно рельса и меньшую, чем в
США и Канаде, площадь опирания. Поэтому в процессе эксплуатации
из-за интенсивного и неравномерного износа древесины (большего
под наружными концами подкладок, чем под внутренними)
происходит постепенная разуклонка рельсов, особенно в крутых кривых на
тормозных участках (в конце затяжных спусков). Так, например, на
Бескитском перевале Львовской и Слюдянском перевале Восточно-
Сибирской железных дорог была зафиксирована подуклонка рельсов
Р65 в кривых радиусом 300 м после пропуска 300—400 млн т брутто
груза вместо 1/20, 1/200 и даже нулевая (в некоторых случаях и
отрицательная). Если на всех шпалах подряд имеется такой
неравномерный износ, обусловивший сплошную разуклонку рельса, то это
безопасности не угрожает. Но после проведения среднего ремонта пути с
заменой стыковых и предстыковых, а также ряда негодных шпал в
средней части звеньев новыми без выравнивания затеской подподкла-
дочных площадок на старых шпалах путь становится аварийным в
части снижения сопротивления распору. Дело в том, что на
уложенных новых шпалах после зашивки рельсы принимают нормальную
подуклонку 1/20. На старых шпалах (без затески) после перешивки
рельс опирается на подкладки только внутренней кромкой подошвы.
Под наружной кромкой и подкладками зазор может составлять до
39

20 мм (вследствие того, что подуклонка рельса изменена с нулевой до
1/20). При этом наружная кромка подошвы рельса на старых шпалах
выходит из зацепления с наружной ребордой подкладки, упираясь
только в стержень костыля (рис. 4.4). Однако и в этом случае отжатие
головки рельса под действием сил Н и Р происходит не за счет отжа-
тия подошвы рельса (стержня наружного костыля), а за счет наклона
рельса вследствие выборки люфта между наружной кромкой подошвы
и разуклоненными подкладками на старых шпалах и отрыва
внутренней кромки подошвы от подкладок на новых шпалах. Часто при
расследовании причин схода колес с рельсов, произошедших в зимних
условиях, делают в таких случаях ошибочное заключение о напрессов-
ке снега между подкладками и нижней поверхностью подошвы рельса
как основной причине схода. Напрессовка в данном случае — это
следствие неисправления подуклонки верхней опорной поверхности
подкладок на старых шпалах при среднем или подъемочном ремонте
с частичной укладкой новых шпал.
Кривые с повышенным боковым износом рельсов и избытком
возвышения. "Шальная" тележка имеет повышенный односторонний
подрез гребней (износ у их основания), если "шалость" ее обусловлена
третьей причиной (конструкционным эксцентриситетом е).
Обусловлено это тем, что такая "шальная" тележка движется на прямых участках
с постоянным прижатием гребней обеих колесных пар (при режиме
тяги) к головке одного рельса. Поскольку протяжение прямых
составляет более 70 %, а доля протяжения пути следования в режиме
торможения составляет менее 5 %, то износ гребней колес "шальной"
тележки, которые прижаты к головке противоположного рельса, при
торможении невелик. Другими словами, если "шальная" тележка следует
в режиме тяги, то к головке рельса прижаты в основном уже
изношенные (подрезанные) гребни, а если она следует в режиме торможения
поезда, то к головке рельса прижаты малоизношенные гребни. При
этом, если "шальная" тележка движется в тормозящем поезде с
прижатыми гребнями к изношенной головке наружного рельса кривой на
участке с деревянными шпалами и типовым костыльным скреплением,
то наклон изношенной боковой грани головки может быть близким
(рис. 4.5, а) к наклону нового гребня (60°). При таком
контактировании изношенного и наклоненного рельса с новым гребнем "шальной"
тележки резко облегчается выжимание порожнего вагона в кривых,
особенно при одновременной вертикальной обезгрузке тележки
порожнего вагона, находящегося рядом с полногрузным вагоном.
Вертикальной обезгрузке колес, следующих по наружной нити кривых,
существенно способствует избыток ее возвышения. Такой избыток
возвышения имеет место на большинстве кривых дорог России, что
существенно снижает безопасность движения и повышает
интенсивность бокового износа рельсов и гребней колес. В кривых с боковым
износом на участках с железобетонными шпалами выжимание
порожнего вагона с "шальной" тележкой тоже облегчено (рис. 4.5, б), но при
больших силах Я, так как на таких участках исключен наклон рельса
40

Рис. 4.4. Опирание подошвы рельса на разук-
лоненные подкладки (на старых шпалах)
после среднего ремонта пути
Рис. 4.5. Контактирование нового колеса
"шальной" тележки с изношенным рельсом в
кривой на деревянных (а) и железобетонных
(б) шпалах при Н/Р > 0,3
вследствие невозможности отрыва внутренней кромки подошвы от
подкладок.
Противошерстные входные стрелки, установленные на боковое
направление, и закрестовинные кривые. Характерными местами, где
продольные сжимающие силы в поезде при его торможении помогают
"шальной" тележке создавать аварийную ситуацию, являются также
входные стрелки при приеме грузовых поездов (особенно повышенной
длины) на боковой путь и закрестовинные кривые. В таких случаях
для машинистов практически всегда существует проблема
прицельного торможения с тем, чтобы не остановиться рано, когда хвост поезда
может оказаться за предельным столбиком ответвляющегося бокового
пути и чтобы не проехать запрещающий выходной сигнал. Поэтому
многие машинисты в этих случаях используют прямодействующий
локомотивный тормоз, в том числе и на VI позиции, в момент когда
вторая половина поезда проходит по боковому направлению. При
этом наиболее вероятными являются три места, где возможна
аварийная ситуация по сходу колес с рельсов. Это острие остряка из-за
накатывания прижатого к головке рамного рельса изношенного
гребня "шальной" тележки на торец неприлегающего остряка; зона остряка
с наибольшим боковым износом (1—3 м от острия) из-за вкатывания
прижатого гребня "шальной" тележки на остряк; закрестовинная
кривая (из-за распора колеи).
41

5. ВИДЫ И МЕХАНИЗМ СХОДА КОЛЕС С РЕЛЬСОВ
5.1. Основные виды схода колес с рельсов
Накопленный автором многолетний опыт судебно-технических
экспертиз уголовных дел по материалам крушений и аварий поездов
(более 35 дел), многочисленные эксперименты и теоретические
исследования процессов схода колес с рельсов, а также анализ
отечественных и зарубежных публикаций по сходам свидетельствуют, что все
сходы можно разделить на следующие основные виды.
1. Сход из-за распора колеи — отжатия гребнем одного колеса
головки рельса за счет его упругого наклона (см. рис. 1.2) и провала
второго колеса внутрь колеи с другого рельса.
Такой вид схода колес в современных условиях наиболее
распространен на участках с деревянными шпалами и типовым костыльным
скреплением. На участках с железобетонными шпалами и скреплением
КБ, а также на участках с деревянными шпалами и противораспорны-
ми' подкладками наклон рельса за счет отрыва внутренней кромки
подошвы от подкладок невозможен. Поэтому на таких участках и сход
такого вида невозможен. В самом механизме схода этого вида
необходимо выделить два момента. Первый — накануне схода, когда от-
жатие гребнем головки рельса близко к критическому. В этот момент
второе колесо находится на грани провала и рельс под этим колесом
имеет нормальную подуклонку (нет отжатия головки) (рис. 5.1, а).
Второй момент, когда второе колесо уже провалилось. В этот момент
Рис. 5.1. Положение колесной пары и рельсов накануне (а) и после провала левого
колеса из-за распора колеи (б)
42

Рис. 5.2. Положение колесной пары накануне (а) и после схода (б) из-за выжимания
порожнего вагона
провалившееся колесо тыльной стороной отжимает головку второго
рельса, наклоняя его с отрывом внутренней кромки подошвы от
подкладок. В этот момент оба рельса наклонены (рис. 5.1, б) при сходе
только одного колеса.
2. Сход из-за выжимания экипажа, т. е. из-за вкатывания гребня
колеса на головку рельса или остряка (рис. 5.2, а) с последующим
провалом другого колеса этой же колесной пары внутрь колеи
(рис. 5.2, 6). Такой вид схода наиболее вероятен под порожними
вагонами при наличии бокового износа головки рельса и остряка
(см. рис. 4.5). Сопоставление фактических профилей головки рельсов
показало, что полностью совпадающих профилей практически не
существует. Они отличаются кривизной, боковым износом головки
рельса, углом наклона и размером износа. Другими словами, так
же, как не существует абсолютно совпадающих профилей
поверхности катания изношенных колес, не существует полностью
совпадающих профилей изношенной головки рельсов. Износ каждого
рельса как по величине, так и по форме индивидуален. Такое
разнообразие определяется разнообразием контактирования новых
и изношенных колес с новыми и изношенными рельсами с учетом
фактической их статической и динамической подуклонки, а также
возвышения наружного рельса и скорости движения.
3. Сход из-за недопустимого горизонтального поперечного
искривления (сдвига) колеи колесами "шальной" тележки при торможении
поезда (см. рис. 2.3, 6) или из-за ее температурного выброса (рис. 5.3).
При этом одновременно происходит перекатывание гребня одного
колеса через головку искривленного рельса и провала внутрь колеи
другого колеса этой же колесной пары. Такой вид схода наиболее
Рис. 5.3. Схема схода локомотива при наезде на место выброса
43

характерен для случаев наезда локомотива на месте недопустимого
горизонтального искривления колеи вследствие температурного ее
выброса, а также для случаев горизонтального поперечного сдвига рель-
сошпальной решетки тележкой экипажа при торможении поезда.
4. Сход из-за накатывания на неприлегающее к рамному рельсу
острие остряка подрезанного гребня "шальной" тележки и всползания
гребня на рамный рельс и остряк.
5. Сход из-за излома рельса.
Других видов схода колес с рельсов не бывает за исключением
наезда на препятствие или на неработоспособное (аварийное) место
пути с нарушением целостности рельсовой колеи (отсутствие рельса,
разведенный рельсовой стык и т. п.).
5.2. Механизм схода колес с рельсов при распоре колеи
и возможные последствия такого схода
Провал колеса внутрь колеи возможен, если расстояние между
внутренними (рабочими) гранями головки рельсов на уровне 13 мм
ниже поверхности катания превысит размер
По современным нормативам А = 25 + 1437 + 126 = 1588 мм.
Значит в прямых участках при ширине колеи Ш = 1520 мм
необходимое (критическое) для провала колеса уширение колеи должно быть
ΔШ = 1588— 1520 = 68 мм.
В кривой при Ш = 1540 мм необходимое (критическое) для провала
колеса уширение должно быть АШ = 1588 — 1540 = 48 мм. "При
длительном торможении расстояние между внутренними гранями
колес Анас min из-за их нагрева может уменьшаться на 9... 10 мм (рис. 5.4),
а при экстренном торможении — на 4—6 мм. Причем после
длительного торможения время охлаждения колеса до нормальных
температур может измеряться десятками минут, что снижает безопасность
эксплуатации вагонов особенно при движении по стрелочным
переводам и при распоре колеи. При экстренном торможении может
возникать остаточное уширение колесной колеи, равное 0,1...0,2 мм за один
акт экстренного торможения. При повторных циклах экстренного
торможения указанное увеличение расстояния между внутренними
гранями колес может накапливаться". Приведенные слова заимствованы из
статьи С. Н. Кивелева, В. Г. Иноземцева и др. "Температурные поля,
деформации и напряжения в цельнокатанных вагонных колесах при
44

различных режимах торможения", опубликованной в журнале
"Вестник ВНИИЖТ", № 7 за 1994 г.
Если учесть изложенное (Анас min = 1437 — 10 = 1427 мм), а также
принять во внимание, что в кривых при наличии бокового износа
допускаемая ширина колеи составляет не 1540, а 1545 мм и что
минимальная толщина гребня временно разрешена 23 мм, то критическое
отжатие головки рельса, при котором может произойти провал колеса
составляет: в кривых — 31 мм, в прямых — 56 мм. Однако и такое
уширение колеи возможно только вследствие ее распора (наклона
рельса) колесами тележек и только на участках с костыльным
скреплением (без противораспорных подкладок). На участках с
железобетонными шпалами и скреплением КБ, а также при использовании
противораспорных костыльных подкладок на деревянных шпалах
распор колеи на указанную величину не возможен, а значит и не
возможен первый вид схода.
Рассмотрим механизм процесса провала колеса внутрь колеи из-за
ее распора и наиболее вероятные варианты последующего поведения
колесной пары и рельсовой колеи.
Накануне провала колеса из-за распора колеи наклонен гребнем
только один (например правый) рельс (см. рис. 5.1, а). После провала
левое колесо тыльной стороной обода наклоняет обезгруженный и
левый рельс (см. рис. 5.1, б). При этом наклон правого рельса даже
несколько уменьшается. Провалившееся левое колесо при дальнейшем
качении тыльной стороной обода как рашпилем стачивает нижнюю
часть боковой рабочей грани головки рельса. Наиболее часто это
происходит по внутренней рельсовой нити кривых. Начало такого
стачивания и является неопровержимым доказательством начала
схода колеса из-за распора колеи сверх допустимыми боковыми
силами. На это необходимо, в первую очередь, обратить внимание ,при
служебном расследовании причин крушений и аварий.
Рассмотрим один пример. На Южной железной дороге потерпел
крушение пассажирский поезд в кривой R = 600 м при скорости
95 км/ч с человеческими жертвами. При служебном расследовании
Рис. 5.4, Перемещение исходного профиля
обода (линия 1) при максимальном
нагреве (линия 2) и после полного охлаждения
(линия 3):
а — толщина обода 70 мм; б — толщина обода
25 мм
45

причину отнесли на путейцев. "Из-за плохого содержания рельсового
стыка по внутренней нити кривой произошел излом
отдающего конца рельса на расстоянии 2м от стыка по сварному шву с
наличием раковин непровара". Пять томов уголовного дела трижды
подвергались судебно-технической экспертизе. Последнюю судебно-
техническую экспертизу пришлось возглавлять автору. Экспертизой
было доказано, что указанное выше заключение служебного рас-
следования неверно определило причину крушения. Судебное
преследование путейцев было прекращено из-за отсутствия состава
преступления. Следствие длилось более двух лет. В административном,
экономическом и моральном плане незаслуженно пострадали не
только те путейцы, против которых было возбуждено уголовное
дело (бригадир, мастер), но и многие работники более высокого
ранга.
Фактической же причиной указанного крушения был распор колеи
сверх допустимыми боковыми силами с провалом колес тележки по
внутренней нити кривой. Доказательство — стачивание нижней части
боковой грани головки внутреннего рельса кривой тыльной стороной
обода провалившегося колеса началось за 11 м до стыка и за 9 м до
места излома внутреннего рельса по сварному шву. Другими словами,
за 11 м до стыка взаимное положение колес и рельсов уже было таким,
как показано на рис. 5.1, б. В таком положении колеса следовали до
места излома внутреннего рельса. Далее после излома были разорваны
стыковые болты и даже несколько колес, образовав забои на торце
принимающего рельса, вкатились на него с наличием отметин на
ободе от удара о верх головки принимающего торца рельса. Путь
накануне крушения был пройден средним ремонтом и находился в
хорошем состоянии.
Какие же последствия еще возможны, кроме изложенных в данном
примере? Как правило, колесная пара или тележка, сошедшие с
рельсов по схеме рис. 5.1, при встрече с переездным настилом или
стрелочным переводом опять вкатываются на рельсы и далее следуют в поезде
даже без фиксации машинистом схода. Но чаще всего гребень колеса,
отжимающий головку рельса, вкатывается на нее (особенно при входе
в кривую с боковым износом наружного рельса) и перекатывается
через рельс наружу колеи. Далее, если не происходит саморасцеп
вагонов и разрыв тормозной магистрали, сошедшая уже по схеме
рис. 5.2, б колесная пара или тележка тоже могут длительное время
следовать в сошедшем состоянии, особенно когда путь покрыт
плотным снегом. При встрече с переездным настилом в этом случае тоже
возможно их вкатывание на рельсы без фиксации машинистом схода.
Наличие схода фиксируют путейцы по оставленным следам качения
колес и по потерянным рессорным пружинам. К сожалению, во
многих случаях сходов колес из-за распора колеи сошедшая тележка
разворачивается и вызывает сход последующих вагонов. При этом на
46

месте схода и нагромождения вагонов ломаются рельсы и детали
ходовых частей вагонов. Обнажаются внутренние микро- и
макротрещины в них. Необходимо понимать, что такие изломы (даже со
старыми трещинами) являются следствием схода колес, а не причиной.
5.3. Механизм схода колес с рельсов
из-за выжимания порожних вагонов (вкатывания гребня
на головку рельса)
В результате исследований, проведенных ВНИИЖТом под
руководством А. Я. Когана (завершены в 1995 г.), было установлено, что
существующая шкала предельных значений динамических
показателей и устойчивости от схода грузовых вагонов не пригодна для оценок
динамических качеств и безопасности движения порожних вагонов.
Порожние вагоны даже с удовлетворительным техническим
состоянием ходовых частей при прохождении допускаемых ныне одиночных
просадок и перекосов длиной менее 5 м имеют динамические
показатели выше установленных (предельных). Установлено также, что из
общего числа сошедших порожних вагонов большинство имели
повышенные износы фрикционных клиньев и планок, чрезмерное
завышение клиньев, повышенные зазоры в челюстях боковых рам.
Другими словами, теоретическими и экспериментальными
исследованиями установлено, что движущийся в поезде порожний вагон более
чувствителен (в части схода колес) к износам ходовых частей, к
неровностям рельсовой колеи и к продольным сжимающим силам в поезде
при его торможении, чем груженый. Вероятность схода с рельсов
порожнего вагона, при прочих равных условиях, значительно выше,
чем груженого. Получается парадокс. Путейцы обеспечивают
безопасную эксплуатацию поезда с полногрузными вагонами при осевых
нагрузках 240 кН и максимальных скоростях 80 км/ч и допускают
крушения и аварии поездов из-за схода порожних вагонов при осевых
нагрузках всего лишь 55 кН, т. е. в 4,4 раза меньших. Значит
первопричина этих массовых в последние годы сходов порожних вагонов не
путь, а экипажи и режимы торможения, когда под порожним вагоном
увеличивается сила Н и снижается сила Р вследствие вертикальной
обезгрузки тележки, особенно если порожний вагон соседствует с
полногрузным.
На участках с железобетонными шпалами и скреплением КБ, как
уже отмечалось, распор колеи с провалом колес практически
невозможен. Поэтому на таких участках при неблагоприятном соотношении
Н/Р гребень вкатывается на головку рельса (см. рис. 5.2, а) и
перекатывается через нее с одновременным провалом второго колеса внутрь
колеи. При этом оба колеса почти одновременно сходят с рельсов —
одно внутрь колеи, второе наружу (см. рис. 5.2, б).
47

Несколько по-другому происходит процесс схода колес из-за
выжимания экипажей на участках с деревянными шпалами и костыльным
скреплением. В данном случае при неблагоприятном соотношении
Н/Р сначала рельс наклоняется прижатым гребнем наружу колеи (см.
рис. 1.2). При этом облегчается вкатывание гребня на головку рельса.
Далее процесс происходит так же, как и на участках с
железобетонными шпалами. На рис. 5.5 показано контактирование изношенного
гребня с новым и изношенным рельсом при H = 0 иH>0на участках
с деревянными шпалами и типовым костыльным скреплением, а на
рис. 4.5 — контактирование нового гребня с изношенным рельсом при
костыльном скреплении и скреплении КБ.
Значительно облегчается выжимание порожних вагонов в кривых
при наличии бокового износа головки наружного рельса (см. рис. 4.5)
и при избытке его возвышения. Избыток возвышения наружного
рельса вызывает дополнительную обезгрузку колес, следующих по
наружной рельсовой нити, и этим способствует выжиманию порожних
вагонов. По данным экспериментов и расчетов такая обезгрузка при
имеющем место избытке возвышения
может достигать 40 %.
Каковы возможные
последствия схода колес с рельсов из-за
выжимания порожних вагонов?
Имеются случаи в практике,
когда сошедшие таким образом с
рельсов колеса следуют по
шпалам и балласту длительное время
(несколько километров). Иногда
при встрече с переездным
настилом колеса вкатываются обратно
на рельсы. Но, к сожалению,
чаще всего такие сходы приводят
к крушениям или авариям из-за
расцепа или разрыва автосцепки.
Бывают случаи, когда на
некотором протяжении поезда
выжимается одновременно несколько
тележек, притом в разные стороны
и не обязательно подряд, а через
один или несколько вагонов.
В качестве примера
рассмотрим крушение грузового поезда
№ 2830 09.06.93 г. на перегоне
Ошпер — Петрунь Северной
железной дороги. Поезд, состоящий
из локомотива 2ТЭ10В и 57 четы-
48

рехосных грузовых вагонов, в том числе 55 порожних и двух груженых
(от головы 40-й и 56-й вагоны), следовал со скоростью 66 км/ч в конце
спуска. Когда локомотив и головная часть поезда въехали на подъем
9,7 ‰ и в кривую R = 500 м произошел сход (по схеме,
показанной на рис. 5.2, 6) первой тележки восьмого с головы порожнего
вагона вправо по ходу (вторая тележка не сошла). Следующий за ним
девятый по счету порожний вагон сошел тоже первой тележкой, но
влево по ходу. Эти два сошедших вагона не оторвались от головной
части поезда, а следовали в сошедшем состоянии вместе с головной
частью еще 200 м, пока поезд не остановился. Следующие два
порожних вагона (десятый и одиннадцатый) оторвались от головной части,
первый из них (десятый от локомотива) сошел первой по ходу
тележкой влево, следующий (одиннадцатый) всеми колесами находился на
рельсах. Двенадцатый от головы порожний вагон сошел задней
тележкой вправо по ходу, тринадцатый — влево по ходу. Последующие 21
порожний вагон все сошли с рельсов и образовали завал. Остальная
(хвостовая) часть поезда (23 вагона) осталась на рельсах без схода.
Такое расположение сходов влево, вправо, тем более, когда после
трех первых сошедших вагонов одиннадцатый от локомотива вагон
остался на рельсах (без схода), последующие 21 вагон сошли, а
хвостовые (в том числе два груженых) остались на рельсах, характерно и
даже типично для случаев одновременного выжимания порожних
вагонов в нескольких местах средней части поезда, где действует
максимальная продольная квазистатическая сжимающая поезд сила. Такой
вывод был подтвержден инженерными расчетами технических
экспертов. Этим была обоснованно отвергнута причина, принятая при
служебном расследовании указанного крушения — температурный
выброс звеньевого пути. Подробное научное обоснование
невозможности температурного выброса рельсовой колеи под движущимися
грузовыми отечественными четырехосными вагонами с коротким
подвагонным расстоянием между колесами дано в гл. 6.
5.4. Механизм схода колес "шальной" тележки
в зоне входных стрелок
Число зарегистрированных в Главном управлении по безопасности
движения поездов (ЦРБ) сходов колес в зоне стрелки на дорогах
страны было: в 1985 г. — 4, в 1990 г. — 12, в 1991 г. — 34. На дорогах
России в последующие годы число таких сходов остается большим. В
чем причина? Если исходить из элементарной логики, что сходы
определяются прочностью конструкции, величиной и количеством
воздействия нагрузок, то число сходов должно было резко снизиться.
Ведь за последние годы значительно усилено стрелочное хозяйство за
счет замены на главных путях стрелочных переводов легких типов
49

(Р43, Р50) на мощные современные стрелочные переводы типа Р65, в
том числе и с железобетонными брусьями. Резко снизилась по
сравнению с 1988 г. интенсивность их использования вследствие падения
объемов перевозок (грузонапряженность уменьшилась примерно
вдвое), снижения технической скорости движения поездов и
уменьшения фактических осевых нагрузок из-за отмены допускавшихся ранее
перегрузок вагонов и увеличения порожних пробегов.
В чем же причины роста числа сходов в зоне входных стрелок?
Существуют три основные причины.
Во-первых, это увеличение группового бокового воздействия обез-
груженных колес порожних вагонов на остряк и рамный рельс при
приеме поездов на боковой путь, обусловленного ростом продольных
сжимающих сил в поезде из-за неграмотного его торможения.
Во-вторых, это увеличение в эксплуатации подвижного состава с
недопустимым подрезом гребней и остроконечным накатом у их
вершины. Сочетание этих двух причин обусловливает сход колес в зоне
острия остряка вследствие накатывания изношенного гребня на не-
прижатое к изношенному рамному рельсу острие остряка или вспол-
зания (вкатывания) неизношенного гребня обезгруженной тележки
порожнего вагона на изношенный остряк или изношенный рамный рельс
в зоне его переднего вылета.
В-третьих, сочетание при пошерстном движении изношенных колес
с формой, показанной на рис. 4.2, б (колеса 11, 15, 16), и понижения
остряка относительно рамного рельса более 2 мм в сечении остряка
более 50 мм. В этом случае сход более вероятен не за счет распора
колеи, а вследствие вкатывания (выжимания) гребня
противоположного колеса обезгруженной тележки порожнего вагона на
противоположный рамный рельс.
Рассмотрим несколько характерных вариантов механизма таких
сходов колес в зоне остряков.
Наиболее типичным вариантом создания аварийной ситуации в
зоне входной стрелки является непрофессиональное торможение
поезда полной длины, принимаемого на боковой путь станций,
расположенных в конце затяжного спуска. Дело в том, что в таких случаях
при подходе к станции скорость поезда высокая. Сначала машинист
снижает скорость поездным тормозом, чтобы въехать на стрелочный
перевод (на его боковое направление) без превышения допускаемой
скорости. Далее, чтобы не проехать выходной красный сигнал и
чтобы не остановить поезд досрочно, когда хвостовой вагон может
оказаться за предельным столбиком входной стрелки, нужно
прицельное торможение поездным тормозом, которое под силу только
опытному машинисту высокой квалификации. В подавляющем же
большинстве таких случаев машинисты используют локомотивный тормоз,
в том числе и на VI позиции, и тогда тормозная сжимающая сила в
автосцепке, соединяющей состав с двухсекционным локомотивом,
50

имеющим по шесть осей в секции при Ро > 230 кН, может превышать
500 кН, что согласно нормам ЦД-ЦТ-ЦП-4805 от 09.06.90 г.
недопустимо. Иногда в таких случаях неопытные или растерявшиеся
машинисты применяют экстренное или полное служебное торможение. Во
всех перечисленных вариантах в средней части поезда, в том числе и
во второй его половине возникают повышенные продольные
сжимающие силы F в автосцепках, обусловленные кинетической энергией
накатывающихся незаторможенных хвостовых вагонов.
При движении по стрелке поезда в сжатом состоянии из-за его
торможения поперечная составляющая продольной сжимающей поезд
силы F реализуется не только в горизонтальной плоскости из-за
наличия эксцентриситетов е и 5 (см. табл. 3.1), но и вертикальной из-за
наличия эксцентриситета А (см. рис. 3.1 и 4.3). Опасна обезгрузка
тележки силой РΔ1 из-за различия положения центров автосцепок
соседних вагонов по высоте Δ1 (см. рис. 3.1, г) вследствие разной
загрузки смежных вагонов и разной (из-за износа) толщины бандажей колес,
а также силой РΔ2 из-за перекоса Δ2 по схеме "елочки" кузовов
смежных вагонов в вертикальной плоскости (см. рис. 3.1, д).
Результаты расчетов этих сил обезгрузки для четырехосных порожних вагонов
(L = 12,18 м, l = 8,65 м, а = 0,87 м) приведены в табл. 5.1.
Из табл. 5.1 следует, что при движении по стрелке поезда в сжатом
состоянии при торможении, из-за действия продольной
квазистатической сжимающей силы F и наличия вертикальных эксцентриситетов ее
передачи Δ1 и Δ2 вертикальная нагрузка от кузова порожнего вагона
на тележку существенно снижается. Так, при F = 500 кН (что
допускается), когда Δ1 = 100 мм и Δ2 = 30 мм, что реально при
расположении с полногрузным вагоном нескольких порожних, уменьшение
статической нагрузки кузова порожнего вагона на тележку составляет
А Р = 28,8 + 24,3 = 53,1 кН. При весе тары 220 кН и весе тележки
45 кН вертикальная нагрузка кузова на тележку снижается с 65 кН до
11,9 кН. Это почти полная вертикальная обезгрузка тележки. При
этом горизонтальное поперечное воздействие колес тележки на путь,
обусловленное продольной силой сжатия поезда F = 500 кН, может
составлять для грузового вагона с подшипниками качения 34,3—
50,1 кН (см. табл. 3.1). Очевидно, что при условии, когда сила
горизонтального бокового воздействия колес тележки на путь соизмерима
Таблица 5.1
F, кН
500
1000
PΔ1, кН
Δ1 = 0,05 м
14,4
28,7
Δ1 =0.1 м
28,8
57,5
PΔ2, кН
Δ2 = 0,02 м
16,2
32,4
Δ2 = 0,03 м
24,3
48,6
Δ2 = 0,05 м
40,5
80,9
51

с вертикальной нагрузкой и тем более, когда ее превышает, резко
облегчается накатывание изношенного (с подрезом) гребня на торец
остряка и всползание неизношенного гребня на изношенный остряк.
Необходимо отметить, что термин "всползание" гребня на остряк
общеизвестен. Но более верно это явление назвать вкатыванием гребня
на наклонную вследствие бокового износа остряка его боковую
поверхность при качениb колеса. Естественно, что при этом огромную
роль играет коэффициент трения гребня о боковую грань остряка. Чем
меньше коэффициент трения, тем труднее вкатиться гребню на
изношенный остряк при одном и том же соотношении горизонтальных и
вертикальных сил Н/Р. Поэтому чрезвычайно большое
положительное значение в предотвращении схода колес с рельсов в зоне стрелки
имеет периодическая смазка изнашиваемой боковой грани рамного
рельса и остряка в процессе эксплуатации с тем, чтобы снизить
коэффициент трения гребня о боковую грань головки и резко уменьшить
ее изнашивание и выжимание вагонов.
У изложенного варианта механизма схода существует множество
подвариантов, которые определяются в зависимости от схемы
формирования поезда (расположение порожних и груженых вагонов),
наличия "шальной" тележки, характера торможения поезда и,самое
главное, значений эксцентриситетов передачи продольной сжимающей
силы е, Δ1, Δ2 и δ, а также подреза гребней и наличия остроконечного
наката гребней. Все указанные подварианты можно
проанализировать, используя формулы (3.5) — (3.7) и изложенные выше возможные
условия контактирования нового и изношенного колеса с новыми и
изношенными рамным рельсом и остряком.
Достаточно типичным вариантом создания аварийной ситуации в
зоне стрелки является пошерстное следование колеса со
значительным износом обода и закатыванием фаски тыльной его стороны (см.
рис. 4.2, б колеса 14 и 15) при наличии понижения остряка
относительно рамного рельса на 2 мм и более в сечении остряка более 50 мм. В
этом случае затруднено вкатывание на повышенный относительно
остряка рамный рельс тыльной части обода таких колес. При этом
происходит или распор колеи, что в зоне стрелки затруднено
вследствие наличия упорок у рамного рельса, или вкатывание гребня колеса
на противоположный рамный рельс. Последнее наиболее вероятно
при одновременном совпадении повышенного бокового воздействия
колес на указанный рамный рельс, обусловленного возникновением в
поезде недопустимых продольных сил сжатия при его торможении и
обезгрузкой тележки.
Кроме изложенного анализа сил взаимодействия гребня колеса с
головкой рамного рельса и остряка, важнейшее значение в проблеме
схода колес имеет анализ контактирования нового и изношенного
гребня с новым и изношенным рамным рельсом и остряком. В
лаборатории динамики, прочности и нормативов пути ВНИИЖТа разра-
52

ботана и успешно используется методика и аппаратура для
экспериментального исследования такого контактирования колес с рельсами
и остряками под движущимися с любой скоростью поездами.
Результаты многолетнего использования указанной методики, а также
многочисленное фиксирование фактических профилей поверхности
катания колес, поступивших в обточку в разные депо, и профилей
изношенной головки рельсов позволяют проанализировать
возможные контакты гребня нового и изношенного колеса с новым и
изношенным рамным рельсом типа Р65 и остряком.
На рис. 5.6 показано заштрихованное поле, ограниченное
профилем головки нового рельса Р65 и выявленного нами максимально
изношенного рельса в крутой кривой на одном из перегонов
Куйбышевской железной дороги. В рамках этого поля формы профилей
изношенных рельсов также могут существенно отличаться даже при
одинаковом боковом износе в фиксированной точке. Последнее
объясняется различием фактической подуклонки рельсов в разных кривых
и даже на протяжении одной кривой. Такое различие особенно
существенно на участках с деревянными шпалами.
Форма износа рамного рельса и остряка примерно такая же, как у
наружного рельса в кривых на перегонах, но допускаемый боковой
износ значительно меньше. Специфика состоит еще и в том, что
одновременно с рамным рельсом изнашивается и остряк, особенно в
пределах от острия до сечения, где ширина его поверху составляет 20 мм.
Как известно, это расстояние для стрелок типа Р65 составляет при
ширине колеи 1524 и 1520 мм соответственно 2056 и 2147 мм для
прямолинейных остряков и 2486 и 2953 мм для криволинейных.
Указанием МПС № ЦПТ-10/2 от 12.01.93 г. с целью повышения
безопасности прохождения подвижного состава по стрелочным переводам
при противошерстном движении предусмотрена проверка шаблоном
КОР (контроля остряка и рельса) укрытия остряка боковой гранью
головки рамного рельса (рис. 5.7). Проверка производится в острие
остряка и на расстоянии 200 мм от острия. При наличии зазора между
наклоненной гранью шаблона КОР и головкой рамного рельса
должны быть приняты незамедлительные меры по ликвидации указанного
зазора за счет устранения отступлений по неприлеганию остряка к
Рис 5.6. Фактические формы износа головки рельса
Р65, зафиксированные в различных кривых
Куйбышевской железной дороги
53

Рис. 5.7. Схема использования шаблона КОР:
а — допустимое положение остряка относительно рамного рельса;
/ — рамный рельс; 2 — шаблон КОР; 3 — остряк
- недопустимое положение;
рамному рельсу и подушкам башмаков или исправления профиля
остряка шлифовкой в соответствии с рекомендациями, изложенными
в указании. Если эти меры не обеспечивают ликвидацию зазора между
шаблоном и головкой рамного рельса, то должна быть произведена
замена остряка и рамного рельса одновременно. При нормальном
состоянии взаимного положения остряка и рамного рельса должен
быть зазор между шаблоном КОР и головкой остряка (см. рис. 5.7, а).
На рис. 5.8 показана типичная форма износа головки рамного
рельса Р65 в зоне острия остряка при боковом износе 6 мм и 8 мм. Из
этого рисунка следует, что при боковом износе рамного рельса у
острия остряка до 6 мм включительно укрытие даже нового
(неизношенного) остряка при контроле шаблоном КОР обеспечивается. В
процессе эксплуатации одновременно с постепенным боковым
износом рамного рельса при его превышении 6 мм в зоне острия остряка
постепенно изнашивается и боковая грань головки острия остряка.
Поэтому, если далее не производить замену только изношенного
остряка с оставлением изношенного рамного рельса или если не
произойдет по каким-либо причинам скачкообразного увеличения зазора
между остряком и рамным рельсом (даже в пределах допуска), то при
контроле шаблоном КОР укрытие остряка под головкой рамного
рельса всегда будет обеспечено даже при боковом износе рамного
рельса, значительно превышающем установленный указанием МПС
норматив 6 мм. Но наклон боковой грани шаблона КОР, равный 60°,
соответствует наклону образующей только нового (неизношенного)
гребня вагонного колеса. Из рис. 4.2 следует, что при износе гребня в
процессе эксплуатации наклон его образующей увеличивается.
Поэтому при расследовании сходов необходимо измерить указанный наклон
гребня у сошедших колес и оценить разность толщины гребней левых
и правых колес у каждой сошедшей колесной пары. Если боковой
износ рамного рельса у острия остряка не превышает 6 мм, то
безопасный проход колес с минимально допустимой толщиной гребня 25 мм
(т. е. с максимальным его износом) обеспечен при наклоне
образующей гребня 70° (рис. 5.9) и даже при наклоне 80° (рис. 5.10), если
рамный рельс и остряк новые и остряк плотно прилегает к рамному
54

рельсу. Из приведенных рисунков видно, что при противошерстном
следовании по стрелке Р65 вагонных неизношенных колес (угол
образующей наклона гребня 60°) безопасность обеспечивается при
боковом износе рамного рельса до 8 мм даже при неприлегании остряка к
рамному рельсу 4 мм. При противошерстном следовании вагонных
колес с предельно изношенным гребнем (толщина 25 мм) со
значительным его подрезом (наклон образующей 70°) при боковом износе
рамного рельса у острия остряка 8 мм и неприлегании остряка более 2 мм
уже может возникнуть аварийная ситуация из-за вкатывания гребня
на торец остряка. При подрезе гребня с наклоном его образующей 80°
и более и предельно допустимом уменьшении его толщины до 25 мм
при неприлегании остряка к рамному рельсу 2 мм и более аварийная
ситуация возможна даже при боковом износе рамного рельса у острия
55

остряка 6 мм. Поэтому необходимо строго следить за тем, чтобы
своевременно выполнялась обточка колес с недопустимым подрезом
гребней. Поскольку в эксплуатации колеса с таким подрезом гребней
все же встречаются, поэтому наряду с жестким требованием о
своевременной их обточке (отцепке вагонов с такими колесами) путейцы
должны реализовывать свои меры по предотвращению схода колес с
рельсов из-за всползания или накатывания изношенного гребня на
остряк.
Для предотвращения сходов колес из-за всползания или
накатывания гребня на остряк необходима реализация следующих мер.
1. Регулярное смазывание боковой (изнашиваемой) грани рамного
рельса и остряка в пределах по 2—3 м в обе стороны от острия
остряка. Эта мера легко осуществима и чрезвычайно эффективна,
потому что решает сразу две проблемы: во-первых, позволяет в два-
три раза продлить срок службы рамного рельса и остряка из-за
резкого уменьшения интенсивности их бокового износа, во-вторых,
снижает коэффициент трения между гребнем и боковой гранью остряка и
рамного рельса, вследствие чего резко уменьшается возможность
вкатывания гребня колеса на изношенный остряк или изношенный
рамный рельс при выжимании обезгруженной тележки порожнего вагона.
2. Незамедлительная замена рамного рельса как остродефектного,
если боковой износ его головки у острия остряка достиг 6 мм. Если
же в зоне острия остряка боковой износ рамного рельса Р65 меньше
6 мм, а в зоне его переднего вылета (между стыком и острием остряка)
в каком-либо месте достиг 6 мм, но при этом по шаблону КОР
укрытие остряка обеспечено, то замена рамного рельса и остряка
производится в плановом порядке.
3. Ликвидация зазора между остряком (у острия) и рамным рельсом
и недопущение образования такого зазора, в том числе и за счет
применения внешнего замыкателя.
4. Своевременное исправление профиля изношенного остряка
шлифовкой в соответствии с указанием МПС № ЦПТ-10/2 от 12.01.93 г.
5. Недопущение понижения остряка относительно рамного рельса
на 2 мм и более в сечении остряка 50 мм и более.
5.5. Механизм схода колес при изломе рельсов
На железных дорогах России в главном пути лежат самые
прочные рельсы в мире по показателям так называемой розовой
прочности (моментам сопротивления, моментам инерции, модулям
упругости материала и средней погонной массе). По этим показателям,
а также по густоте расположения шпал и толщине слоя щебня
под шпалами прочность пути на дорогах России больше, чем на
дорогах США и Канады, где допускаемые осевые нагрузки и средняя
56

масса поезда примерно в 1,5 раза выше. При расчете по пределу
текучести современные рельсы Р65 имеют как минимум
десятикратный запас прочности при обращении с установленной скоростью
исправного типового подвижного состава. Однако на дорогах России
ежегодно происходит около полутысячи изломов рельсов в главном
пути под организованными поездами. К счастью, в подавляющем
большинстве случаев (более 98 %) указанные изломы
своевременно обнаруживаются и не вызывают схода колес с рельсов. Однако
примерно 1—2 % изломов вызывают сходы. Прежде, чем рассмотреть
механизм таких сходов, приведем немного статистики.
Ежегодно в среднем 80 % изломов рельсов под поездами
происходит в зимние месяцы (рис. 5.11) при отрицательной температуре
воздуха и только 30 % — при положительной, занимающей более 60 %
времени. Чем морознее зима, тем больше изломов. Более 60 % изломов
происходит, когда пропущенный тоннаж превышает 350 млн т брутто.
В 1995 г. служебными расследованиями 25 % случаев из числа
крушений и аварий, отнесенных на
путейские причины, признаны
произошедшими из-за изломов
рельсов.
Так почему же такие прочные
рельсы как Р65, имеющие
десятикратный запас прочности,
ломаются под поездами и вызывают
сход колес?
Чтобы сломать в пути
бездефектный рельс типа Р65 по
рисунку 79, нужна сила от колеса
более 200 тс, что в несколько
десятков раз больше реально
действующих сил в условиях
нормального режима движения
исправного подвижного состава. Поэтому
при расследовании причин схода
колес с рельсов (крушений и
аварий) ни в коем случае нельзя
рассматривать излом бездефектного
рельса Р65 по рисунку 79 как
причину схода. Необходимо искать
причину, почему могла
возникнуть такая (в десятки раз
большая, чем нормальная) сила,
вызвавшая излом. К сожалению, в
ряде случаев относят причину
крушения или аварии на излом
57

бездефектного рельса по рисунку 79. Это с позиции прочниста
совершенно неграмотное и неправильное решение.
Нередки случаи излома под поездами бесстыковых рельсовых
плетей по дефекту 69.2 (коррозионно-усталостная трещина в средней
части подошвы в зоне длительного контакта с деревянной или
резиновой подрельсовой прокладкой). Такие изломы не происходят
на участках с костыльным скреплением, где нет прокладок между
подошвой рельса и подкладками. Их не бывает и в шпальных
ящиках на участках бесстыкового пути. Большинство таких изломов
происходит по сечению почти вертикальному и только над
прокладкой между подошвой рельса и подкладкой так, что даже клемма
перекрывает место излома. Поэтому сходов колес из-за излома
бесстыковых рельсовых плетей по дефекту 69.2, как правило, не
бывает.
Наиболее часто (около 30 % всех изломов) на дорогах России
происходят изломы рельсов в стыках по дефектам 52.1 и 53.1. Более
80 % таких изломов происходит зимой при отрицательных
температурах воздуха. При этом примерно половина таких изломов происходит
при отсутствии усталостных трещин (рис. 5.12, а, в), а половина — при
наличии таких трещин в основном у первого болтового отверстия
(рис. 5.12, б). Такие усталостные трещины не всегда обнаруживаются
дефектоскопными средствами, особенно если трещина располагается
в тени болтового отверстия. Естественно, что излом рельса при
наличии усталостной трещины в шейке у болтового отверстия или у торца,
или излом по свежему месту (без усталостной трещины) происходит
не под колесами порожних вагонов, а под колесами с максимальной
динамической нагрузкой. Такую (закритическую) динамическую
нагрузку, как правило, вызывает ползун под полногрузным вагоном,
особенно в зимнее время, когда жесткость рельсового основания
намного больше, чем летом. На рис. 5.13 показан излом рельса Р65 в
конце декабря 1988 г. по дефекту 53.1 на Голутвинской дистанции
пути Московской железной дороги, вызвавший сход в поезде. Излом
начался от усталостной трещины у первого болтового отверстия.
Трещина имеет размер 14 мм. При таких трещинах в рельсах, близких по
весовой категории к рельсам Р65, на дорогах США и Канады (где
допускаемые осевые нагрузки в 1,5 раза больше, чем на дорогах
России) разрешается пропускать поезда со скоростями до 48 км/ч.
Очевидно, что в данном случае причиной излома было повышенное
(сверхкритическое) динамическое воздействие колеса на рельс. В
результате такого воздействия при низкой температуре воздуха, когда
значение коэффициента вязкости разрушения рельсовой стали резко
снижается, произошел разрыв шейки по первому болтовому
отверстию с выколом части головки от торца до второго болтового
отверстия. После отделения указанного куска головки с верхней частью
шейки от остального рельса он мог некоторое время удерживаться
58

Рис. 5.12. Наиболее характерные изломы рельсов в зоне стыка
накладками и находиться на месте. Только повышенное боковое
воздействие гребня колеса могло выдавить этот кусок наружу колеи.,
После этого из-за сильного динамического удара колес о головку
оставшегося рельса начались его дальнейшие поломки на множество
кусков со сходом колес.
Почему происходят изломы рельсов по дефектам 52.1 и 53.1?
На большинстве железных дорог развитых стран (прежде всего
США и Канады) в 50-е годы начали и в 70-е годы полностью
завершили переход на производство стыковых накладок с
шарнирным опиранием на верхнюю часть шейки (накладки шарнирного
типа). На рис. 5.14, а показана наиболее распространенная
современная американская конструкция рельсового стыка с рельсами
132RE и накладками шарнирного типа вместо применявшихся у
них ранее и повсеместно применяющихся у нас сейчас конструкций
стыков с накладками расклинивающего типа (рис. 5.14, б).
Принципиальное отличие этих конструкций состоит в том, что при
шарнирных накладках примерно 70 % усилий от затяжки стыковых
59

Рис. 5.13. Излом рельса по дефекту 53.1, вызвавший сход колес в поезде
болтов передается на горизонтальное сжатие шейки в верхней ее
части и только 30 % — на растяжение. При клиновидных
накладках — все 100 % указанных усилий реализуется на вертикальное
растяжение шейки. Теоретические и экспериментальные исследования
показали, что при затяжке стыковых болтов усилием, не
превышающим установленные сейчас нормативы (250 и 600 Н.м) в случае,
если геометрические размеры стыкуемых концов рельсов и накладок
полностью соответствуют номинальным их значениям (без допусков),
то монтажные вертикальные растягивающие напряжения в шейке
не превышают предела выносливости. При неблагоприятном
сочетании даже допускаемых отклонений от их номинальных размеров
(разность высоты шейки стыкуемых рельсов второго сорта 3,2 мм
и первого сорта 1,6 мм, прогнутость концов рельсов вниз до 1
мм и выпуклость накладок вверх со стрелой до 1 мм) монтажные
напряжения могут его превышать.
В реальных же условиях имеют место превышения допускаемых
отклонений геометрических размеров стыкуемых рельсов и накладок.
Признаны целесообразными рекомендации МИИТа о применении
Рис. 5.14. Конструкции рельсового стыка шарнирного (а, в) и расклинивающего (б)
типов
60

высокопрочных стыковых болтов с их затяжкой усилием 1000 —
1200 Н∙м. В таком случае при клиновидных накладках вертикальные
растягивающие напряжения в шейке у торца рельса (с пониженной
высотой шейки) и у первого болтового отверстия могут достигать
предела текучести рельсового металла. В таких условиях усталостный
вертикальный разрыв шейки в процессе эксплуатации неизбежен.
В крутых кривых монтажный изгиб рельсов в зонах стыков в
горизонтальной плоскости осуществляется накладками. Перед
постановкой накладок в стыке имеется угол в плане. Этот угол
ликвидируется накладками. При затяжке гаек стыковых болтов
наружная накладка наружной нити и внутренняя накладка
внутренней нити расклинивают рельсовую пазуху средней частью накладки,
т.е. у торца рельсов, а противоположные накладки — своими
концами.
В конструкции клиновидной стыковой накладки имеется
недостаток, усугубляющий перенапряжение шейки рельса в зонах накладок
при наличии перечисленных отклонений геометрических размеров
стыкуемых рельсов и накладок от номинала. Разнообразие сочетаний
указанных отклонений и определяет форму усталостного разрыва
шейки в зонах накладок.
Типичная форма разрыва шейки с меньшей высотой, чем у
смежного состыкованного рельса (дефект 52.1), при клиновидных
накладках показана на рис. 5.15, а. Иногда по указанной причине происходит
усталостный разрыв шейки по форме, показанной на рис. 5.15, б.
Такой разрыв уже относят к дефекту 53.1. Характерная и
наиболее распространенная форма усталостного разрыва шейки при
наличии прогнутости вниз конца рельса показана на рис. 5.15, в, а на
рис. 5.15, г показана форма усталостного разрыва шейки при наличии
прогнутости конца рельса вверх.
Повышение надежности пути в стыках возможно за счет
уменьшения вертикальных растягивающих напряжений в шейке в результате
повышения прямолинейности накладок и концов рельсов, а также
уменьшения отклонений от номинала высоты шейки стыкуемых
рельсов. Эти меры возможно реализовать на предприятиях металлургии.
Впредь до их реализации необходимо искать другие технические ре-
61

шения проблемы уменьшения вертикальных растягивающих
напряжений в шейке в зонах накладок.
Предотвращение излома рельсов в стыках из-за усталостного
разрыва шейки рельсов в зонах стыковых накладок и повышение
стабильности стыка вследствие применения высокопрочных болтов
достигнуто в новой конструкции шестидырных стыковых накладок к
рельсам Р65 и Р75 шарнирного типа (рис. 5.14, в). Она отличается от
американской тем, что ее использование возможно не только при
костыльном, но и при клеммном скреплении. В остальном она
идентична американской (см. рис. 5.14, а). Конструкция таких накладок и
технические условия на них разработаны. Изготовлена и испытана
опытная партия. Результаты испытаний положительные. Монтажные
растягивающие напряжения в шейке рельса при указанных накладках
снижаются в 2,5 раза, что способствует предотвращению излома
рельсов по дефектам 52.1 и 53.1.
Распространенной и весьма типичной причиной схода колес с
рельсов является излом рельсов по внутренней нити кривых (в том числе
и переводных) из-за образования в процессе эксплуатации продольной
вертикальной усталостной трещины внутри головки по дефекту ЗО.В,
причины возникновения и развития которой очевидны из рис. 5.16. В
крутых кривых большинство колес движутся с прижатыми гребнями
к головке наружной рельсовой нити (колесо 2). По внутренней нити
колеса контактируют в основном по схеме колеса 1, вызывая
повышенный наклеп металла в средней части головки. При этом твердость
металла в средней части головки на глубине 3—8 мм резко возрастает
и образуются остаточные сжимающие напряжения, а на большей
глубине — уравновешивающие их остаточные растягивающие
напряжения. Поскольку часть колес воздействует на головку внутреннего
рельса в местах, где показаны силы Р2 и Р3 , о чем свидетельствует наклеп
металла (козырек) на внутренней и наружной грани головки, то в этом
случае обе половинки головки работают как консоли, вызывая
дополнительные циклически растягивающие напряжения внутри головки
под наклепанным слоем, где и образуется после пропуска значитель-
Рис. 5.16. К
причинам излома
рельсов по
дефекту ЗО.В
(откол внутренней
половины
головки)
62

ного тоннажа внутренняя усталостная трещина 30.В. Естественно, что
такие трещины образуются раньше на незакаленных рельсах и могут
иметь значительную длину. Так, например, на Юго-Восточной дороге
был сход из-за откола внутренней половины головки бесстыковой
рельсовой плети по дефекту 30.В на внутреннем рельсе кривой.
Последующее распиливание плети показало, что трещина имела длину
более 70 м, проходя и через сварные стыки.
На Вологодском отделении Северной дороги после пропуска
563 млн. т брутто груза на внутренней нити кривой R = 638 м
ширина головки рельса при вертикальном ее износе 6 мм достигла
86 мм. На глубине 15 мм от поверхности головки возникла на
протяжении 30 см вертикальная трещина дефекта 30.В высотой
1—4 мм. Трещина была смещена на 8—14 мм от продольной оси
головки в сторону рабочей грани. Произошел откол внутренней
части головки и сход вагонов.
На Приволжской дороге 12.03.94 г. при следовании грузового
поезда по кривой R = 301 м отломалась внутренняя часть головки
внутреннего рельса и сошла с рельсов первая тележка 17-го вагона с
головы поезда (вторая тележка осталась на рельсах). Далее группа
вагонов сошла с рельсов, а хвостовые 18 вагонов с рельсов не сошли.
Группа экспертов с участием автора сделала заключение, что откол
внутренней части головки внутреннего рельса в данном случае был не
причиной схода, а следствием возникновения сверхнормативных
продольных сил в поезде при его торможении.
Повышенное боковое воздействие гребней колес "шальной"
тележки на головку рельса, обусловленное сверхнормативными силами
квазистатического сжатия поезда при его торможении, в ряде случаев
вызывает изломы рельсов в местах, где имеются поперечные
внутренние усталостные трещины в зоне рабочего закругления головки.
Автору неоднократно приходилось наблюдать, как некоторые
руководители, возглавляющие служебное расследование причин схода колес,
при обнаружении на поверхности изломов головки рельса, боковины
или надрессорной балки усталостной внутренней трещинки упорно
настаивали, что именно указанная трещинка (не взирая на ее размеры)
явилась причиной схода колес (крушения или аварии). С
профессиональной точки зрения прочниста такой подход не выдерживает
элементарной критики. Судите сами. Современная наука о прочности
материалов и конструкций обоснованно исходит из того, что металл
(в том числе и рельсовая сталь) даже в новом состоянии имеет макро-
и микронеоднородности в виде трещиноподобных полостей.
Конструкции, изготовленные из стали, имеют местные остаточные
напряжения, обусловленные технологией изготовления и особенностями
эксплуатации. Например, в верхней части головки рельсов, особенно
в зоне рабочего закругления головки, в процессе эксплуатации
возникают местные пластические деформации металла, а значит и
развиваются трещиноподобные микрополости в усталостные трещины.
63

Отечественный и зарубежный опыт неопровержимо
свидетельствует, что после пропуска даже только половины нормативного тоннажа в
зоне рабочего закругления головки рельсов имеется множество
усталостных микро- и макротрещин. Допускаемые размеры внутренних
поперечных усталостных трещин в зоне рабочего закругления головки
рельсов в разных странах установлены разные. Так, в ФРГ, Франции,
Венгрии и России считают, что в пути нельзя допускать развитие
поперечной усталостной трещины дефекта 21.2 до размера,
превышающего соответственно 50, 55, 45 и 30 % площади сечения головки.
На железных дорогах США дифференцированы размеры
допускаемых усталостных поперечных внутренних трещин в головке рельса в
зависимости от установленной скорости движения поездов. Так, если
площадь поперечной трещины в головке составляет от 20 до 100 %
площади ее сечения, то скорость ограничивают до 16 км/ч, а после
установки накладок — до 80 км/ч, если же менее 20 %, то до 48 км/ч,
а после установки накладок — до 80 км/ч. При длине усталостной
продольной (горизонтальной или вертикальной) трещины в головке
менее 51 мм, 51—102 мм и более 102 мм скорость ограничивают
соответственно до 80, 48 и 16 км/ч. (В США скорость измеряется в
милях в час, поэтому при переводе в метрическую систему получены
приведенные не круглые цифры.)
Все сказанное в значительной мере относится и к местным
трещинам в ходовых частях экипажей. Обнаружение усталостных трещин на
поверхностях изломов рельсов и ходовых частей подвижного состава
прежде всего должно побуждать лиц, производящих служебное
расследование, к выявлению причин возникновения недопустимо больших
сил, вызвавших указанные изломы. В подавляющем большинстве
случаев такие изломы являются следствием сходов колес с рельсов, а не
их причиной.
5.6. Образующаяся при боковом износе рельсов "полка"
в нижней части головки — причина виляния тележек
и повреждения колеи
На дорогах России в крутых кривых (R < 350 м) лежат деревянные
шпалы при костыльном скреплении и рельсах Р65 и Р75. Эта
конструкция пути хорошо сопротивляется воздействию вертикальных
нагрузок. При действии же повышенных боковых сил на головку
наружной рельсовой нити, особенно при прохождении "шальной" тележки в
средней части тормозящего поезда, происходит наддергивание
внутренних пришивочных костылей наклоняющимся рельсом с отрывом
внутренней кромки подошвы от подкладок.
При этом, если с изношенным наружным рельсом (боковой износ
более 8 мм) контактируют колеса тележки даже с незначительным
подрезом гребней, когда при нормальной подуклонке рельса 1/20
64

имеет место объемлющий контакт со сплошным прилеганием гребня
и обода с боковой и верхней поверхностями головки, то в результате
наклона наружного рельса обод отрывается от верха головки и
качение происходит вершиной гребня по "полке" в нижней части
изношенной головки рельса. Если же подрез гребней существенный (более 3
мм), то даже при нормальной подуклонке и Н/Р > 0,3, качение колес
возможно вершинами гребней (рис. 5.17). При таком качении
вершинами гребней радиус колес, следующих по наружному рельсу кривой,
больше на высоту гребня, чем радиус колес, катящихся по внутренне-
65

му рельсу. Следовательно, как только обод наружных колес
отрывается от головки рельса, происходит их обгон внутренних колес с
поворотом тележки внутрь колеи вследствие жесткой насадки колес на
оси. В результате гребни наружных колес сползают вниз с "полки" и
далее продолжается качение наружных колес уже не гребнями по
полке, а бандажами. Далее под действием боковых сил процесс
повторяется.
Итак, происходит виляние тележек в крутых кривых при наличии
"полки" у нижней части боковой рабочей грани головки наружного
рельса. Указанная полка образуется при боковом износе головки
наружного рельса потому, что у современных рельсов типа Р65 высота
рабочей боковой грани головки больше высоты гребня нового или
обточенного по ГОСТ 9036—76 вагонного колеса на 6—8 мм, а у
рельса типа Р75 — на 16—18 мм. Поэтому изношенное колесо,
контактируя вершиной гребня с изношенным рельсом Р65, отгибает или
отламывает образующуюся в процессе бокового износа головки
"полку" в нижней ее части. У рельсов Р75 отогнуть или отломать
указанную "полку" гребень не может, поэтому горизонтальная, а при
наличии указанной "полки" и вертикальная нагрузка от колеса на
рельс передается гребнем через малую контактную площадку, что и
является причиной пластической деформации металла у вершины
гребня (остроконечный накат).
Указанный накат угрожает безопасности противошерстного
движения поездов по стрелочным переводам.
Как предотвратить образование остроконечного наката у вершины
гребней? Ответ простой —
предотвратить образование "полки" в
нижней части боковой рабочей
грани головки рельсов по
наружной нити кривых. Для этого
ВНИИЖТом рекомендуются для
наружной нити кривых рельсы
Р65ННК и Р75ННК (рис. 5.18). В
указанных рельсах верхняя часть
головки сделана идентичной
наиболее распространенному в США
и Канаде рельсу 132RE.
Ежегодная закупка таких рельсов в
объеме 4 тыс. т позволит исключить
остроконечный накат гребней
колес у их вершины, исключить
виляние тележек в крутых кривых
и снизить в 2—3 раза отказы
рельсов по дефектам 11 и 21.
66

5.7. Механизм схода колес с рельсов при сдвиге
колеи "шальной" тележкой и при наезде локомотива
на место температурного выброса бесстыкового пути
На участках с железобетонными шпалами и скреплением КБ
подошва рельса надежно прикреплена к подкладкам, поэтому раскантовка
рельса невозможна. На таких участках, если горизонтальное боковое
воздействие "шальной" тележки на путь под порожним или малозагру-
женным вагоном превышает установленный норматив (см. п. 1.5), то
происходит сдвиг колеи (см. рис. 2.3, б). Такой сдвиг происходит, как
правило, в средней части тормозящего поезда. При этом смежные
тележки сдвигают колею в разные стороны, и после сдвига внешне
последствия похожи на "змейку", образующуюся при горизонтальном
температурном выбросе колеи.
Поскольку сдвиг рельсошпальной решетки происходит, как
правило, на 20—30 см, то сход колес с рельсов неизбежен, но в данном
случае в отличие от схода из-за распора колеи или выжимания
экипажей, при сходе от сдвига колеи неизбежно нагромождение сошедших
экипажей. Другими словами, если при выжимании экипажей или при
распоре колеи сошедшие колесные пары или сошедшие тележки могут
на большом протяжении следовать в сошедшем состоянии, то при
сдвиге колеи это невозможно. При сдвиге колеи практически
одновременно оба колеса колесной пары сходят с рельсов: одно — вследствие
перекатывания гребня через головки изогнутого рельса, второе —
вследствие провала внутрь колеи.
Примерно аналогичен механизм схода колес локомотива при его
наезде на место температурного выброса колеи (см. рис. 5.3).
При нарушении ТУ на устройство, укладку и содержание
бесстыкового пути в рельсовых плетях в жаркую безоблачную погоду могут
возникать сверхнормативные (закритические) температурные
сжимающие продольные силы, которые в местах пониженного
сопротивления искривлению (температурному выбросу) колеи вызывают
горизонтальную поперечную ее сдвижку по одной из схем, показанных на
рис. 5.19, с амплитудой 30—40 см. Местами такого пониженного
сопротивления являются места с неуплотненным (разрыхленным)
балластом. Примерно на участке 50 м перед движущимся локомотивом
рельсы вибрируют, что снижает сопротивление колеи выбросу.
Наиболее слабое сопротивление такому выбросу находится примерно на
расстоянии 3 м перед первой колесной парой локомотива в зоне
отрицательной полуволны прогиба рельса. Именно в этом месте
наименьшее сопротивление выбросу (в десятки раз меньше, чем под поездом)
и в этом месте наиболее вероятен выброс колеи при возникновении в
рельсовых плетях сверхнормативных температурных сил.
Процесс температурного выброса колеи на 30—40 см по одной из
показанных на рис. 5.19 схем длится всего 0,2 с. Средняя техническая
67

Рис. 5.19. Возможные варианты горизонтального искривления колеи при ее
температурном выбросе в прямой (а, 6) и кривой (в):
/max — максимальная стрела изгиба
скорость движения грузовых поездов на дорогах России составляет
около 40 км/ч. При такой скорости за 0,2 с локомотив успевает пройти
только 1,1 м. Если даже скорость грузового поезда будет
максимальной, равной 80 км/ч, то и при этой скорости локомотив не успевает
приостановить своей пригрузкой начавшийся процесс выброса, тем
более, что впереди перед начавшимся выбросом колеи путь не пригру-
жен и имеется свободный подток энергии за счет продольного
перемещения рельсовых плетей к месту выброса (навстречу движущемуся
поезду). Поэтому при температурном выбросе колеи перед
движущимся грузовым поездом неизбежен сход с рельсов первой оси локомотива
(см. рис. 5.3). Если же процесс температурного выброса пути
начинается на отрицательной полуволне прогиба рельса перед локомотивом
пассажирского поезда, следующего со скоростью более 110 км/ч, то
машинист почувствует резкий боковой толчок, но локомотив может
проследовать место начавшегося температурного выброса без схода с
рельсов, так как начавшийся процесс выброса частично приостанав-
68

ливается вследствие прижатия рельсошпальной решетки массой
локомотива. Выброс завершается под первым вагоном в межтележечном
пространстве (оно у пассажирских вагонов значительно больше, чем
у грузовых). Подробное научное обоснование невозможности
температурного выброса колеи под поездом дано в следующем разделе, где
сформулированы также основные признаки выброса.
6. НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ НЕВОЗМОЖНОСТИ ТЕМПЕРАТУРНОГО
ВЫБРОСА РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ ПОД ПОЕЗДОМ
6.1. Что такое температурный выброс рельсовой колеи?
Основные признаки выброса и факторы, влияющие на него
Явление температурного выброса пути стало известно с самого
начала существования железных дорог. Лежащие в пути рельсы, не
имеющие возможности свободно изменять длину при повышении
температуры, в неблагоприятных случаях могут искривляться, увлекая за
собой шпалы с балластом. Обстановка на пути в это время — явно
аварийная. Схематически ее можно проиллюстрировать рис. 6.1, где
показаны деформации путевой решетки при выбросе под
воздействием продольных сжимающих сил в левой и правой рельсовых нитях
(для упрощения схемы шпалы не обозначены). Эти силы создаются
повышениями температур Δ tл и Δ tп с момента замыкания зазоров:
69

Этим активным силам противодействуют реактивные,
обусловленные боковой жесткостью самих рельсов, сопротивлением сдвигу шпал
в балласте поперек и вдоль пути и сопротивлением повороту рельсов
относительно шпал в горизонтальной плоскости в узлах
промежуточных скреплений. Все упомянутые сопротивления в старых
конструкциях звеньевого пути во многих странах мира были невелики: их
обусловливали малый момент инерции рельсов (сопротивление их изгибу),
слабые сопротивления сдвигу легких и "редких" (1440—1600 шт/км)
деревянных шпал в слабом песчаном балласте, малая "узловая жесткость"
нераздельных костыльных скреплений и т. д. В таких условиях
нагружать и без того слабый путь еще и температурными силами было
нежелательно, и принимались меры к недопущению смыкания стыковых
зазоров, т. е. работы звеньевого пути в режиме бесстыкового.
Для этого долгое время стандартную длину рельсов оставляли в
пределах 10—15 м, конструктивные зазоры в стыках были не меньше
2 см, а прижатие накладок к пазухам рельсов должно было быть
минимальное, допускающее взаимное их проскальзывание при
изменениях температуры (контактные поверхности смазывали, стыковые
болты затягивали короткими, длиной 55 см, гаечными ключами).
Такие требования сохраняются в звеньевом пути и сейчас.
Но к счастью для наших современников, технический прогресс в
путевом хозяйстве в послевоенные годы позволил "опрокинуть"
старые представления о температурной работе пути. Созданные во всем
мире новые мощные конструкции верхнего строения, результаты
широких исследований, достижения конструкторов и технологов привели
к тому, что везде, в том числе и у нас, стали быстро внедрять путь с
рельсами очень большой длины — до нескольких километров и даже
перегонов. Другими словами, основное протяжение главных линий
сейчас составляет то, что теперь мы называем бесстыковым путем. Все
шире он внедряется на станциях, промышленных ветках, грузонапря-
женных и высокоскоростных направлениях.
Одним из главных обстоятельств, способствовавших тому, что
бесстыковой путь стал основным вариантом верхнего строения, было
всестороннее изучение проблемы его устойчивости против выброса.
Теоретические и экспериментальные исследования позволили
количественно определить весь процесс выброса и оценить роль практически
70

всех действующих в нем факторов. С учетом этого разработаны и
приняты МПС основные нормы устройства и содержания
бесстыкового пути, обеспечивающие достаточные запасы его устойчивости.
На основе результатов почти четырехсот прямых испытаний на
выброс натурального бесстыкового пути различных типов,
конструкций и состояния теперь можно четко обрисовать, что же такое
действительно выброс, и сравнить с тем, что иногда выдается за выброс при
служебных расследованиях крушений и аварий поездов.
1. Выброс бесстыкового пути — искривление всей (!) путевой
решетки (сразу обеих рельсовых нитей) в вертикальной или
горизонтальной плоскостях под действием продольных сжимающих сил,
упомянутых в начале главы. Следовательно, первое, что необходимо
тщательно обследовать и зафиксировать документально при
расследовании, — это форма искривления пути.
2. Величины продольных сил, которые могут вызвать выброс
исправного бесстыкового пути, должны соответствовать повышению
температуры рельсов по сравнению с температурой при их
закреплении ("нейтральной" температурой) по крайней мере в 1,8—2,0 раза
большему, чем допускаемое Техническими указаниями на укладку и
содержание бесстыкового пути (ТУ-91), так как в ТУ-91 уже заложены
такие запасы устойчивости.
Поэтому второе, что нужно зафиксировать на месте крушения или
аварии, — фактическая температура рельсов в момент происшествия.
При отсутствии данных о температуре собственно рельсов
бесстыкового пути надо получить справку ближайшей метеостанции о
температуре воздуха в момент крушения с указанием сопутствующих
метеоусловий: облачность, осадки, ветер и т. д. При ясной тихой погоде
в середине дня летом температура рельсов может превышать
температуру воздуха на 10—15° С (в средней полосе России), а утром и
вечером — на 3—5° С. Допускаемые по условию устойчивости против
выброса пути повышения температуры рельсов по сравнению с
нейтральной для разных конструкций верхнего строения и радиусов
кривых приведены в ТУ-91, которые имеются на всех дистанциях пути.
3. Форма искривления пути при выбросе в вертикальной
плоскости (рис. 6.2) близка к "смешанной" синусоиде: одна волна
длиной 8— 12 м со стрелой изгиба 20—30 см в середине возможна
преимущественно при легких типах пути: рельсы легче Р50, шпалы
деревянные, с малой эпюрой, балласт песчаный, скрепления
костыльные, а также при тяжелом балласте, но при незаполненных
шпальных ящиках. Погонные сопротивления подъему пути g
складываются из веса путевой решетки (рельсов, скреплений, шпал,
частично балласта) и сцепления балласта с боковыми гранями шпал.
Частично действуют погонные сопротивления р подтягиванию
путевой решетки вдоль пути от периферии к месту искривления.
Подъем путевой решетки может быть и началом выброса вбок.
71

Значит, на участке с предполагаемым выбросом бесстыкового пути
необходимо зафиксировать факт одновременного подъема обеих
рельсовых нитей (иногда на разную высоту) с обязательным
выдергиванием вверх шпал из балласта. На концах искривления подъем
минимальный, в середине — максимальный. Также нужно проверить, сдвинуты
ли шпалы вдоль пути (по "щелям" в балласте у боковых граней шпал
с верхней по отношению к месту искривления стороны).
4. Формы искривления путевой решетки при горизонтальном
выбросе в прямых и кривых участках несколько различаются. На прямых
по мере нагрева рельсов искривления долго не проявляются и лишь в
конце этого явления зарождаются и быстро растут преимущественно
в одном месте — наиболее слабом. В результате на основном
протяжении плети боковые неровности очень малы (практически не видны
на глаз), тогда как в зоне собственно выброса (на длине 20—40 м)
могут достигать десятков сантиметров.
В кривых же боковые подвижки начинаются достаточно рано (при
нагреве рельсов уже на, 15—20 °С по сравнению с температурой
закрепления) и происходят почти на всей длине кривой, причем
образуется несколько местных очагов боковых искривлений путевой
решетки (обеих нитей в одну сторону). При дальнейшем нагреве сдвиг в
одном из очагов "обгоняет" другие сдвиги и в этом месте начинается
выброс.
Общее для всех вариантов то, что искривление при выбросе
состоит из нескольких волн: одна или две центральные с максимальными
(до 30—40 см) стрелами изгиба и несколько мелких, затухающих по
обе стороны от них. На прямых участках центральные волны могут
быть односторонними или двусторонними (см. рис. 4.19, а и б). В
кривых наибольший изгиб обычно односторонний, наружу кривой
(см. рис. 5.19, в).
В связи с этим при служебных расследованиях нужно постараться
и на прямых участках, и в кривых измерить величины боковых дефор
72

маций путевой решетки (рельсовых плетей) в зоне предполагаемого
выброса и на протяжении 100 м в каждую сторону от нее. Если нет
явных многих двусторонних волн, стрелы изгиба которых затухают по
мере удаления от центральных волн, то можно утверждать, что
температурного выброса в данном случае не было, а искривление рельсов
произошло под воздействием внешних боковых сил, созданных
проходившим и сошедшим с рельсов поездом.
5. При выбросе путевой решетки шпалы смещаются поперек пути
поступательно (параллельно одна другой). Поэтому при
расследовании нужно зафиксировать положение шпал. Если они лежат хаотично,
не параллельно (оторваны от рельсов), положение концов не
повторяет форму изгиба рельсов ("синусоиду"), то выброса не было, путь
искривлен в результате схода поезда внешними поперечными, а не
внутренними продольными силами.
6. Смещения шпал на разных участках зоны выброса не
одинаковые: наибольшие — в вершинах волн изгиба (прямых и обратных),
наименьшие — в местах изменения знака волны (в сторону поля или
в сторону междупутья). Значит, если при расследовании установлено,
что смещения шпал хаотичны, направлены только в одну сторону
пути, не повторяют форму изгиба обеих рельсовых нитей, то выброса
не было, изгиб произошел под действием боковых сил от поезда.
7. При искривлении путевой решетки из-за выброса рельсы в
горизонтальной плоскости поворачиваются относительно шпал, причем на
разные углы в разных зонах выброса: близкие к 0° — в вершинах волн
изгиба, максимальные — в точках перегиба изогнутой оси пути
("синусоиды"), где они могут достигать 45°. В этих местах прикрепители
(закладные болты, шурупы) нередко откалывают куски
железобетонных или деревянных шпал при повороте подкладки. Когда такой
картины нет — выброса не было.
8. При выбросе из-за резкого поперечного смещения путевой
решетки щебень от торцов шпал разлетается на значительное
расстояние и располагается на обочине и междупутье так, что края
рассыпанной массы почти параллельны изогнутой оси пути.
Наибольший "разлет" — в вершинах волн изгиба, наименьшей — в
местах смены знака искривления. Если же щебень при крушении
рассыпан хаотично и не повторяет форму изгиба рельсов, — выброса
не было.
9. Уверенно говорить о наличии выброса до крушения, т. е. судить
о нем, как о причине схода, можно только изучив следы воздействия
колес на путь. Когда выброс уже был к моменту подхода поезда, следы
начала схода колес с рельсов обязательно должны быть в одном
створе по обеим рельсовым нитям, о чем можно сделать вывод по
вмятинам на поверхности катания рельсов, "заклепанным" торцам
клеммных болтов и бороздам от гребней колес на поверхности шпал.
Если при служебном расследовании такой закономерности не устано-
73

вили, то нет оснований уверенно заявлять о выбросе, как о причине
крушения в данном случае.
10. При служебных расследованиях причин крушений на
бесстыковом пути, кроме сбора сведений о температурах рельсов в момент
укладки и в момент предполагаемого выброса, необходимо
обязательно выписать следующие данные об участке пути: выполнявшиеся
ремонтные работы, примененные при этом техника и технология, время
работ, снимались ли напряжения в плетях перед крупными путевыми
работами, температура рельсов до и после них, изменения длины
участков плетей, достаточность и квалификация эксплуатационного
персонала, знание ими требований ТУ и др.
Помимо выяснения "путейских" причин крушений, при служебных
расследованиях необходимо возможно подробнее оценить
"непутейские" факторы, которые могли оказаться определяющими в деле или,
во всяком случае, сопутствующими. Для этого путейцам надо иметь
достаточное представление о характере взаимодействия подвижного
состава и пути, устройстве сигнальных и тяговых электрических
рельсовых цепей, правилах формирования и продвижения поездов по
местным перегонам и станциям. Независимо от действий комиссии в целом
нужно зафиксировать серию, номер и место приписки локомотива,
данные о его ремонтах и осмотрах, допустимость износов ходовых
частей (получить в депо) и др. Должны быть собраны аналогичные
сведения и о вагонах. Для грузовых поездов следует получить копию
натурного листа с данными о фактической загрузке вагонов и ее
распределении по длине и ширине кузовов.
По локомотивам особенно важно иметь копию ленты
скоростемера, детально сверенную с подлинником. По ленте необходимо
определить действительную скорость движения поезда при подходе к месту
крушения, сравнить ее с установленной (наибольшей допускаемой на
данном километре) и проверить фактические режимы торможения.
Экстренное торможение создает в поезде и передает на путь внешние
силы, намного превышающие температурные, на которые рассчитан
бесстыковой путь. Такое торможение выполняется в основном
локомотивными тормозами, а весь состав продолжает относительно
свободное движение, "напирая" на локомотив, действующий в это время
как упор. Вагоны, связанные друг с другом практически шарнирно,
выстраиваются зигзагом, распирая колею или сдвигая путевую
решетку целиком (рис. 6.3). Положение усугубляется, если состав
сформирован неправильно, с порожними вагонами в середине, которые будут
"выдавлены" раньше других.
Анализ происшествий показывает, что, как правило, экстренное
торможение не вызывалось особой необходимостью и не было
оправдано. Отмечены даже случаи его применения для повышения
"экономического эффекта" от рекуперации. В то же время экстренное
торможение обычно не дает ожидаемого результата, так как при высоких
74

Рис. 6.3. Зигзагообразное расположение вагонов в кривой при сжатии поезда
продольной силой F:
Г и П — соответственно груженые и порожние вагоны; Fa — продольная сила в узле автосцепки.
Hr — радиальная составляющая горизонтальных сил в узле автосцепки
скоростях тормозной путь составляет многие сотни метров и даже
километров, и предотвратить наезд на пешехода, животное,
автомобиль на переезде и другие препятствия на пути не удается. Ущерб же
от подобного торможения, даже если не произошел сход поезда,
может быть большим: травмы пассажиров, потери и порча грузов,
разрушения пути и подвижного состава.
6.2. Сравнительная оценка боковых температурных
сил от рельсовых плетей на шпалы с силами
сопротивления колеи выбросу без поезда и под поездом
За последние годы причина многих крушений, аварий и браков,
произошедших при положительных температурах на участках
бесстыкового пути, была квалифицирована как выброс колеи из-за
возникновения в рельсах недопустимых температурных сил. Однако такие
выводы часто не подтверждаются при судебных расследованиях.
Искривление пути в плане может быть не только результатом
температурного выброса колеи, который возможен при определенных
нарушениях температурного режима на незагруженных участках пути, но
и результатом поперечной подвижки рельсошпальной решетки
колесами поезда. Исследованиями, выполненными во ВНИИЖТе,
убедительно показана возможность сдвига колесами тележки не только
бесстыкового, но и звеньевого пути даже в зимнее время года, если
продольная сжимающая квазистатическая (действующая более 2 с)
сила в поезде превышает допускаемые значения (см. п. 1.4). Поскольку
указанный сдвиг рельсовой колеи происходит смежными тележками в
75

разные стороны (см. рис. 2.3, б), то внешне конечный результат сдвига
похож на "змейку", образующуюся и при температурном выбросе
бесстыкового пути.
Расчеты и эксперименты свидетельствуют, что при достижении в
движущемся поезде продольной квазистатической сжимающей силы
500 кН групповое боковое воздействие на путь колес исправной
тележки грузового вагона, цельнометаллического вагона и локомотива
4ТЭ10С достигает в кривой R = 300 м соответственно 40, 84 и 148 кН,
а в прямой 28,64 и 133 кН (см. табл. 3.1). При достижении сжимающей
силой значения 1000 кН указанное групповое боковое воздействие
колес исправной тележки на путь возрастает в кривой R = 300 м
соответственно до 80, 169 и 296 кН, а в прямой до 57, 129 и 267 кН.
На участках бесстыкового пути к групповому боковому воздействию
колес тележки, обусловленному квазистатическим сжатием поезда,
добавляется боковое воздействие рельсовых плетей на шпалы,
обусловленное ростом продольных сжимающих температурных сил в плетях
из-за повышения их температуры по сравнению с температурой
укладки (закрепления). Естественно, что указанное дополнительное боковое
воздействие рельсовых плетей на шпалу тем больше, чем меньше
радиус кривой (рис. 6.4).
76

В прямых такое воздействие рельсовых плетей на шпалу
реализуется только в местах боковых неровностей колеи.
Сравнение приведенных на рис. 6.4 сил бокового воздействия на
шпалы, обусловленного продольными температурными силами в
рельсовых плетях, с реактивными силами сопротивления рельсовой
колеи поперечному сдвигу без поезда и под поездом (рис. 6.5)
свидетельствует, что сопротивление горизонтальному поперечному
перемещению пути под тележкой экипажа в десятки раз больше, чем перед
движущимся поездом. Если температурная сила в рельсах превышает
критическое значение, то выброс должен произойти перед поездом.
При этом сходит с рельсов головная часть поезда.
Температурные боковые нагрузки рельсовых плетей на шпалу
составляют малую долю (менее 4 %) от нагрузки,
необходимой для сдвига шпалы под тележкой порожнего вагона. Под
тележкой груженого вагона указанная доля еще меньше.
Приведенные на рис. 6.5 кривые получены в статике (сдвиг решетки
производился под тележками стоящих вагонов). В динамике, т.е.
при движении вагонов, из-за вибраций сопротивление сдвигу может
снижаться примерно на 15—20 %.
Изложенные экспериментальные исследования не позволяют
допустить возможности выброса бесстыкового пути под тележкой
движущегося поезда, так как при возникновении в рельсовых плетях
сверхкритических температурных сил выброс должен произойти перед
движущимся поездом, что проявится сходом с рельсов головной части
поезда. Закономерен вопрос — а между тележками под движущимся
вагоном выброс возможен или нет? Или, возможно ли постепенное
поперечное перемещение в подвагонной зоне рельсошпальной
решетки температурно-напряженного бесстыкового пути под действием
показанных на рис. 6.4 постоянных температурных сил из-за ослабления
связи шпал с балластом между тележками вагона в зоне
отрицательного изгиба рельсов. Некоторыми специалистами высказывается
гипотеза, что сжимающая сила в рельсовых плетях создает при этом
накапливающееся остаточное поперечное перемещение
рельсошпальной решетки, приводящее в конечном итоге, особенно под длинносо-
ставными поездами, к выбросу.
Для проверки данной гипотезы во ВНИИЖТе были выполнены
следующие опыты. По нагреваемому до полного выброса
полигонному пути на прямом участке пропускалось специальное устройство —
виброскат, представляющий собой натуральную (стандартную)
колесную пару, нагруженную постоянным весом 22 т и переменной
синусоидальной нагрузкой ±100 кН с частотой колебаний 4 Гц. Во всех
опытах потеря устойчивости произошла за пределами зоны
отрицательного изгиба рельсов. На кривом участке радиусом 800 м
дополнительная нагрузка создавалась вибрационной машиной массой 8 т и
переменной синусоидальной нагрузкой ±50 кН с частотой 7—8 Гц.
77

Здесь место выброса также не совпало с зоной отрицательной волны
изгиба рельсов.
Впоследствии, в связи со сложившемся на линии мнением о
возможности выброса рельсошпальной решетки под поездом,
потребовалось выполнить прямые эксперименты на действующем пути. Эти
опыты были выполнены также во ВНИИЖТе на прямом участке и в
кривых радиусом 600 и 400 м на вполне исправном бесстыковом пути
и затем дополнительно в кривой радиусом 600 м на пути со
значительными неисправностями (горизонтальные неровности со стрелами
изгиба 26 и 43 мм на длине 20 м; отсутствие щебня на длине 5 м). Поезда
массой 2700 и 9000 т двигались со скоростями 70—80 км/ч при
температуре рельсов плюс 42 °С, что соответствует допускаемому ее
повышению над температурой закрепления, а также при температуре
плюс 56 °С, что на 33 % выше допускаемой. За время опытов поезд
прошел по участку 560 раз (наработка около 3,5 млн. т), из них 77 раз
при температуре, превышающей допускаемую. После каждого
прохода поезда измеряли сдвиги рельсошпальной решетки с точностью до
0,01 мм в 21 сечении, через 5 м каждое; в зонах с неисправностями
точки измерений располагали чаще.
Было обнаружено, что при всех температурах сдвиг
рельсошпальной решетки происходит только под тележками и на расстоянии 1 м
в каждую сторону от нее, никаких подвижек в межтележечном
пространстве не наблюдалось. Незначительные остаточные сдвиги,
накапливающиеся под колесами в дневное время, полностью или почти
полностью исчезали после ночного понижения температуры. Средний
остаточный сдвиг, создаваемый колесами подвижного состава,
отнесенный к 1 млн. т пропущенного груза брутто, составил 0,07 мм на
вполне исправном пути и 0,18 мм на пути с неисправностями. Таким
образом, экспериментально установлено, что отрицательный изгиб
рельсов в межтележечном пространстве не является причиной
выбросов бесстыкового пути, а общее накопление остаточных сдвигов
рельсошпальной решетки при высоких температурах происходит
достаточно медленно (опасный для устойчивости пути сдвиг накапливается
после прохода 8—20 тыс. поездов при высоких температурах) и также
не может быть причиной выбросов, поскольку в течение такого
периода неизбежны и похолодания.
Следует отметить, что все эксперименты выполнялись при
движении поездов без торможения, т.е. без очень больших
горизонтальных (продольных и поперечных) сил от колес на рельсы
(наибольшие измеренные поперечные силы были в пределах 7,5 кН).
Согласно теории зигзагообразного расположения вагонов при
набегании их на резко заторможенную переднюю часть состава в
ней могут создаваться и передаваться на путь более значительные
поперечные силы (см. табл. 3.1), не исключающие возможности
преодоления сопротивления рельсошпальной решетки сдвигу и схода
78

колес с рельсов. Однако в этом случае причину схода следует
квалифицировать как сдвиг пути вследствие превышения
допускаемых поперечных сил силами, передаваемыми от колес подвижного
состава, в отличие от температурного выброса колеи из-за
превышения продольной температурной силы.
Приведенные аргументы и выводы о невозможности выброса
бесстыкового пути под тележкой движущегося экипажа были
разосланы Главным управлением пути для практического
использования всем начальникам служб пути (П) железных дорог 28.02.89 г.
(ЦПТ № 60) и всем ревизорам по безопасности движения (РБ)
железных дорог 01.10.90 г.
6.3. Примеры ошибочного отнесения причин
схода колес на температурный выброс колеи
Крушение пассажирского поезда № 222 на перегоне Кононовка —
Марьяновка Юго-Западной дороги 29.08.92 г. с человеческими
жертвами. При служебном расследовании комиссия местного отделения
дороги определила причину (без обоснований) крушения — выброс
пути. Наказали работников дистанции пути. Приняли меры по
быстрейшему восстановлению движения поездов, хотя при двух путях и
малой густоте движения на участке острой необходимости в спешке
не было. Истинные причины трагедии не изучили.
По просьбе путейцев было проведено более детальное
исследование с участием независимых экспертов, в том числе и автора. Итоги
получились иные.
Было установлено, что двухпутный прямой участок, почти
полностью горизонтальный, капитально отремонтировали с отличном
качеством в 1984 г. и тогда же уложили бесстыковой путь с
объемно-закаленными рельсами типа Р65, железобетонными шпалами
и скреплениями КБ на щебеночном балласте из камня твердых
пород с шириной плеча балластной призмы 25 см. Плети длиной
800 м закрепили при температуре плюс 27 °С. По участку в
пассажирском движении обращались тепловозы серий 2ТЭП60 со
скоростью до 120 км/ч. Для такой конструкции пути это весьма легкая
нагрузка. Климатические условия сравнительно мягкие:
минимальная, зафиксированная в г. Гребенка (ближайшая метеостанция),
температура рельсов — минус 35 °С, максимальная — плюс 58 °С.
В этой обстановке в соответствии с ТУ-91 режим эксплуатации
бесстыкового пути весьма легкий. Границы расчетного интервала
допускаемых температур закрепления плетей плюс 4 °С — плюс 47 °С,
т. е. общий интервал равен 43 °С.
К моменту крушения по пути пропустили 280 млн. т груза, т. е. путь
уже хорошо стабилизировался после капитального ремонта и имел до-
79

полнительные запасы устойчивости по сравнению с нормами ТУ-91,
установленными для свежеуложенного неуплотненного балласта. В то же
время путь был еще "молодой" и не накопил заметных остаточных
деформаций: рельсы с незначительным износом, балласт практически
чистый, угон рельсов не происходил, балльная оценка в июле 1992 г.
отличная — всего 2 балла. В момент крушения температура рельсов
составляла плюс 53 °С (воздуха — плюс 33 °С), что на 5 °С меньше
наибольшей расчетной. Фактическая скорость (по ленте скоростемера) —
98 км/ч, что на 22 км/ч (на 20 %) меньше максимальной (120 км/ч), на
которую рассчитан данный участок.
Таким образом, допустимые пределы эксплуатации еще не были
достигнуты. В материалах служебного расследования сделали ссылку
на очистку щебня... на соседнем километре (!). Такая ссылка вообще
ни к чему, а в данном случае, кроме расстояния, этот "факт" отдален
и временем: работы выполняли за две с половиной недели до случая
и за это время путь полностью выправили и достаточно обкатали
(прошло около 1 млн. т).
После изучения материалов расследования и технической
документации в управлении и отделении дороги, дистанции пути эксперты
детально ознакомились с обстановкой на месте крушения, где еще
сохранились (не вывезли с перегона) остатки пути и вагонов.
Большинство перечисленных в п. 6.1 признаков выброса, как и можно
было ожидать после изучения документов, отсутствовало: продольные
перемещения сохранившегося пути, определенная форма
рассыпанного балласта, характерные формы изгиба рельсов и разрушения шпал
и др. Поэтому с учетом документальных и "полевых" данных было
сделано заключение, что выброса бесстыкового пути, как причины
схода поезда № 222, не было.
В то же время было обнаружено несоответствие показаний
поездной бригады, записей скоростемера и текста акта служебного
расследования. В акте указано, что "... произошло самоторможение поезда
па причине рассоединения рукавов" (т. е. независимо от действий
локомотивной бригады!). В показаниях же обоих членов бригады
отмечено, что машинист "... применил моментальное экстренное
торможение с применением песка..." (ощутив боковой толчок!). А по
ленте скоростемера при детальной ее расшифровке получилось, что
экстренное торможение применили за 300—400 м до места крушения.
Значит, причиной схода не мог быть выброс пути.
Дополнительные сведения о крушении были получены на основе
видеосъемки, сделанной на месте аварии местными
правоохранительными органами вскоре после происшествия. На видеокадрах
четко зафиксировалось зигзагообразное расположение сошедших
вагонов в сжатой части поезда ("елочка"), аналогичное показанному
на рис. 2.3, б. При нормальном служебном торможении тормозами,
распределенными равномерно по всей длине состава, такого вредного
80

явления не происходит. К сожалению, вопрос о вреде экстренного
торможения остается открытым. Из-за быстрого "списания" многих
сходов подвижного состава на выброс бесстыкового пути истинные
причины сходов не вскрываются, и вследствие этого не
разрабатываются и не внедряются действительно необходимые меры.
Крушение поезда № 3032. На перегоне Совстакан — Эчмиадзин
Закавказской дороги 23.08.87 г. произошел сход грузового поезда,
следовавшего в западном направлении (участок однопутный). При
служебном расследовании (как и в случае на Юго-Западной дороге)
по указанию местного начальника отделения дороги причиной схода
назвали выброс пути. Также наказали путейцев и спешно устранили
загромождения оттаскиванием вагонов и кусков путевой решетки
кранами, тягачами и другой мощной техникой. Тщательного осмотра,
обмеров и других, необходимых для обследования действий, не было
выполнено. Поэтому эксперт Н. Б. Зверев был вынужден заключить,
что при служебном расследовании с участием начальника отделения
была принята только одна рабочая версия причины крушения. В связи
с этим по нашему настоянию провели дополнительное более
тщательное изучение обстоятельств дела, которое показало следующее.
Бесстыковой путь в рассматриваемом месте впервые уложили в
1976 г. как опытный в кривой радиусом менее 350 м (минимального в
то время по ТУ). На 2842 км радиус кривой составлял 320 м.
Конструкция верхнего строения включала плети длиной около 570 м из
"сырых" рельсов типа Р50, железобетонные шпалы типа С-56,
скрепления типа КБ с кордонитовыми подрельсовыми и резиновыми на-
шпальными прокладками, щебеночную балластную призму с плечом
шириной 30 см. Число шпал в кривой и на коротких примыкающих
прямых участках — 2000 шт/км. Концы плетей с тремя парами
уравнительных рельсов размещались за пределами кривой. Ширина колеи
в кривой равнялась 1530 мм, что было возможно осуществить на
стандартных шпалах за счет поворота несимметричных подкладок
типа Р50. Таким образом, требование тогдашних ПТЭ для
унифицированной ширины колеи (1520 мм) выполнялось.
По участку и в грузовом и в пассажирском сообщениях
обращались электровозы серии ВЛ10 со скоростью до 60 км/ч.
Климатические условия относительно мягкие (Араратская долина):
минимальная температура рельсов — минус 31 °С, максимальная —
плюс 61 °С, амплитуда — 92 °С. В таких условиях расчетный
интервал температур закрепления плетей должен быть от плюс
26 °С до плюс 33 °С, а с учетом некоторых резервов,
предусмотренных ТУ, несколько шире: от плюс 20 °С до плюс 34 °С.
Фактически плети были закреплены при плюс 30 °С.
В период с 1976 по 1986 г. по методике, утвержденной Главным
управлением пути МПС, за участком вела непрерывные
эксплуатационные наблюдения лаборатория бесстыкового пути ВНИИЖТа со-
81

вместно с Ереванской дистанцией пути и путеобследовательской
станцией Закавказской дороги. За это время по кривой было пропущено
190 млн. т груза, что для горных участков с рельсами типа Р50
составляет полторы нормы, установленной МПС. Температура рельсов
неоднократно приближалась к экстремальной. Однако никаких
признаков потери устойчивости пути, его угона, изломов рельсов не
наблюдалось.
Положение пути в плане (рихтовка) сохранялось с минимальными
разницами стрел изгиба в точках, расположенных через 5 м. Ширина
колеи практически не изменилась (увеличилась в круговой кривой на
2—3 мм). Балльная оценка, по данным путеизмерителя ЦНИИ-2,
проходившего по участку каждые две недели, в основном была отличная
и лишь в отдельные дождливые месяцы снижалась до хорошей.
Основные ремонтные работы, требовавшиеся в этом месте, — выправка на
карточки и подтягивание клеммных болтов скрепления КБ.
Ежемесячно на каждом метре измеряли ширину колеи и уровень, ежеквартально
(тоже на каждом метре) контролировали расстояния до упорной нити
от реперов направления (опор контактной сети). Проверяли
продольные сдвиги рельсов относительно поперечных створов, продольные
напряжения в рельсах (механическими тензометрами), натяжения
клеммных болтов (динамометрическими ключами) и др.
К концу описываемого периода смятие головки рельса внутренней
нити с постепенным ее уширением достигло предельного значения.
Это потребовало в 1986 г. сплошной смены рельсов (как указывалось
выше, после полуторной наработки тоннажа).
Новые плети уложили на старые шпалы и скрепления с заменой
изношенных резиновых прокладок и части резьбовых деталей.
Пополнили и уплотнили балластную призму и провели необходимые выпра-
вочные работы.
Рельсовые плети закрепили, как следует из материалов следствия,
при плюс 30 °С. При крушении 23.08.87 г. температуру рельсов
непосредственно на месте (в пути) не измеряли, а определили по
температуре воздуха, которая, по данным ближайшей метеостанции (в 5 км от
места крушения), в 15 ч составляла плюс 32,6 °С. При широко
известной путейцам максимальной разнице температур рельсов и воздуха
20 °С можно утверждать, что температура рельсов в момент крушения
(в 15 ч 10 мин) была плюс 52 — плюс 53 °С, что на 8 °С меньше
расчетной максимальной (плюс 61 °С). Фактический перепад
(повышение) температур по сравнению с температурой закрепления оказал-
ся, таким образом, не более 20—25 °С, что в 1,3—1,6 раза меньше
допускаемого (34 °С), которое в свою очередь имеет коэффициент
запаса 1,5—1,8.
Известно, что устойчивость бесстыкового пути несколько
снижается при некоторых путевых работах. Однако таких работ ни в день
крушения, ни в предыдущие дни на участке не проводили. В деле
82

имеется ссылка на рихтовку пути 21.08.87 г., но ее делали в 7 ч утра
при температуре рельсов плюс 22 °С, что на 8 °С ниже температуры
закрепления, а по ТУ рихтовку можно выполнять даже при
температуре на 5 °С выше температуры закрепления. Работу сделали с
высоким качеством (разность смежных стрел изгиба после рихтовки не
превышала 5 мм, после рихтовки сплошь дотянули гайки клеммных
болтов, утрамбовали балласт).
В последующие двое суток поезда ходили по участку без каких-
либо помех или замечаний поездных бригад. Бригада электровоза
ВЛ10 № 630 также ничего не заметила до момента, когда
почувствовала боковой удар. Позже помощник машиниста, по словам
начальника отделения дороги, показал последнему, что, якобы, увидел перед
поездом "змейку" (искривление пути). В данном "факте" усматривается
следующее противоречие. За 20 мин до проследования поезда № 3032
(как видно на исполненном графике движения) по участку проходил
встречный поезд, бригада которого ни о каких происшествиях не
сообщала, никаких замечаний не сделала. К тому же, как известно,
выброс пути внешне хорошо заметен издалека. Стрела искривления
обычно бывает длиной 30—40 см, а волна достигает 8—15 м, причем
в кривой выброс односторонний, в виде одной волны, а не "змейки",
наружу кривой.
Территория в районе крушения — открытая степь; путь
расположен на насыпи высотой 2 м, растительность — высокая трава. Не
заметить выброс издали невозможно, и бригада поезда должна была
бы его видеть, и не потребовалось бы экстренное торможение. Если
же допустить, что выброс был и бригада заметила его лишь за 2—5 м
(как показал помощник машиниста в разговоре с начальником
отделения дороги) до въезда на искривление, то непонятно, каким же
образом тяжелый восьмиосный электровоз с двумя вагонами
"перелетел" через это искривление со скоростью 62 км/ч без схода и
повреждений. По исследованиям ВНИИЖТа радиус кривизны волны
дополнительного изгиба в кривой в рассматриваемом случае был бы равен
67 м. Проезд электровоза ВЛ10 в таких условиях невозможен. Версия
о выбросе перед поездом в данном случае не подтвердилась.
Вопрос о выбросе под поездом на 2842 км также был снят,
поскольку никаких признаков выброса, упоминавшихся в п. 6.1, не было
обнаружено, а запасы устойчивости пути были высокими: путь после
смены рельсов пропустил всего 25 млн. т груза; рельсы и скрепления
еще не имели износа; состояние пути в целом — отличное. В то же
время, как указывалось, какие-либо другие причины, кроме
"путейских", не рассматривались. А их могло быть много: и излом деталей
вагонов, и обрыв тормозных шлангов, и падение грузов и др. По
скоростемерной ленте электровоза ВЛ10 № 670 установили, что
применялось экстренное торможение, но это было известно и без ленты.
Случай дополнительно разбирали в ЦРБ МПС, но заключение не
83

изменили. А через несколько месяцев работники службы пути дороги
вместе с работниками ревизорского аппарата обнаружили в делах
маршрутный лист поезда № 3032, из которого стало ясно, что поезд
был сформирован неправильно: в середине находились порожние
вагоны, а по соседству с ними — вагон, загруженный по "опытной"
норме — до 270 кН/ось. По указанию МПС в кривой радиусом 320 м
поезда, имеющие хотя бы один вагон с такой нагрузкой, должны
следовать со скоростью не более 40 км/ч. Предупреждение
локомотивной бригаде обязаны были выдать на предыдущих станциях. Однако
или этого не сделали, или же бригада не выполнила приказ.
Крушение грузового поезда № 2651. Крушение произошло на
перегоне Каменище — Тарталей Горьковской железной дороги 19.07.95 г.
в 16 ч 17 мин на прямом участке при температуре рельсов 46 °С.
Сошла с рельсов цистерна, находящаяся в средней части поезда,
вызвав сход головной части почтово-багажного поезда, следовавшего по
соседнему пути. Заключение служебного расследования: выброс
бесстыкового пути.
По просьбе руководства дороги автор прибыл на место через трое
суток после крушения. Комиссия с участием автора документально
зафиксировала факт, что оставшиеся неразрушенными бесстыковые
плети в местах их обрезки у места крушения никаких продольных
подвижек не имеют (температура воздуха в момент обследования
была примерно такой же, как и при крушении). Только один этот факт
неопровержимо доказывает, что температура рельсов в момент
крушения была близка к нейтральной. Другими словами, в момент
крушения в бесстыковых рельсовых плетях температурные продольные силы
были значительно меньше допускаемых.
Практически во всех приведенных и во многих не приведенных
здесь примерах причина схода колес отнесена на выброс колеи под
грузовым поездом в средней его части в предположении, что он
произошел под поездом вследствие того, что в месте выброса было
ослабленное состояние пути (отрясенные шпалы, оголенные их концы,
разрыхление балласта, угол или заводина в плане) и сверхкритические
температурные, сжимающие силы в рельсовых плетях вследствие их
угона (ослабленные гайки клеммных болтов). Эти доводы
опровергаются элементарно просто. Если в рельсовых плетях были чрезмерно
большие температурные силы, то выброс должен был произойти
именно в перечисленных местах с ослабленным сопротивлением
поперечному сдвигу решетки, но в момент, когда сопротивление
выбросу самое минимальное, т. е. перед движущимся поездом. Этот
незыблемый закон реализации энергии, там где требуется ее минимум. Под
поездом в десятки раз труднее реализоваться наклоненным
температурным силам в рельсовых плетях, потому что под поездом в десятки
раз труднее сдвинуть решетку поперек пути и во столько же раз
труднее сдвинуть рельсы и решетку вдоль пути к месту выброса. А без
84

такой продольной сдвижки выброс не может реализоваться под
поездом. Судите сами. Самое большое расстояние между колесами
грузового поезда — это подвагонное расстояние между тележками, равное
для грузовых четырехосных вагонов 6,8 м. При рельсах Р65, имеющих
большую вертикальную изгибную жесткость EI, на протяжении
указанного расстояния и во всех остальных промежутках между колесами
рельсы создают дополнительную значительную вертикальную при-
грузку на шпалу и балласт (в десятки раз большую, чем нагрузка от
собственного веса путевой решетки перед поездом). Сопротивление же
поперечному и продольному перемещению решетки в основном
определяется силами трения по подошве шпал и рельсов. Эти силы прямо
пропорциональны вертикальной нагрузке от рельса на шпалы. Чем
больше указанная нагрузка, тем больше сопротивление
горизонтальному перемещению рельсошпальной решетки (см. рис. 6.5). Поскольку
вертикальный пригруз от рельсов Р65 и тем более Р75 на шпалы под
грузовым поездом имеет место практически на всем протяжении
длины поезда (для основной массы грузовых четырехосных вагонов
расстояние между осями тележки составляет 1,85 м, между осями
смежных вагонов — 3,42 м, и подвагонное расстояние между осями —
6,8 м, а длина одной полуволны положительных ординат прогиба
таких рельсов, как правило, превышает 3 м), то уже из одного этого
довода следует неопровержимое доказательство, что температурный
выброс колеи под поездом невозможен. Конечно нельзя отвергать, что
боковое воздействие температурно-напряженных рельсовых плетей на
шпалы, а через шпалы и на балласт имеет место. Но доля этого
воздействия, как уже отмечалось ранее, по данным прямых
экспериментов не превышает 4 % от необходимого бокового воздействия,
чтобы сдвинуть путевую решетку под поездом.
Примеров одностороннего и необъективного служебного
расследования обстоятельств крушений, подобных описанным, можно
привести немало. Главный вред от них — незаслуженный материальный и,
моральный ущерб для людей, остающиеся невскрытыми
действительные причины сходов и, следовательно, невозможность
предупреждения их при последующей эксплуатации пути и подвижного состава.
Приведенные примеры убедительно свидетельствуют о том, что
служебные расследования в значительном числе случаев проводятся не
на основе силы аргументов, а на основе аргумента силы. В результате
значительная часть (по экспертной оценке автора, примерно в 50 %
случаев) в процессе судебного разбирательства или даже на стадии
ведения следствия отвергается причина крушения, которая была
записана в акте служебного расследования, в протоколах оперативных
совещаний и в приказах. В таких случаях явно нарушается презумпция
невиновности, которая во всех правовых государствах надежно
защищает права человека. На дорогах России, которая уже принята в Совет
Европы и обязалась выполнять все международные требования по
85

защите прав человека, никто никаких компенсаций за моральный
ущерб, причиненный работникам, необоснованно наказанным по
факту крушений или аварий поездов, не выплачивает. Видимо,
верноподданные и послушные начальству наши железнодорожники еще не
созрели до понимания, что можно через суд получить солидную
денежную компенсацию (десятки миллионов рублей) за моральный
ущерб из-за необоснованного наказания, и тем более необоснованного
привлечения к судебному следствию по поводу крушения или аварии
поезда.
6.4. Расследование случаев нарушения безопасности
движения, связанных с выбросами пути
Данный пункт был опубликован В. Б. Каменским в журнале "Путь
и путевое хозяйство" № 4 за 1992 г. Его публикация излагается
практически без изменения, так как, по нашему мнению, она объективно
отражает реальные современные условия.
При расследовании случаев, связанных с выбросами бесстыкового
пути, прежде всего необходимо ознакомиться с записями в "Журнале
учета службы и температурного режима рельсовых плетей", обратив
внимание на те работы, при которых были возможны изменения
температурного режима плети (очистка балласта с помощью ЩОМ,
рихтовка пути, замена рельсов в уравнительных пролетах, изломы плети,
восстановление целостности плети) и на то, какие меры принимались
для его восстановления.
Необходимо также знать температуру рельса в момент выброса.
Целесообразно ее измерять по прибытии на место происшествия, если
с момента выброса прошло непродолжительное время и не было
резких изменений погоды. Оценить температуру рельсов можно,
используя данные специальных постов (как правило, на переездах), или на
железнодорожных метеостанциях, где она фиксируется каждый час, а
также по данным температуры воздуха, полученным от других
метеостанций. В этом случае при отсутствии облачности температура
рельса, как правило, бывает на 15—20 °С выше температуры воздуха.
Выброс пути может явиться следствием значительного ослабления
его устойчивости при нарушении правил выполнения работ.
Наряду с этим устойчивость пути может быть нарушена в
результате воздействия недопустимых внутренних продольных сил из-за
высокой температуры рельсов или поперечных сил от движущегося
поезда, а также их сочетания. При этом следует отметить, что выброс от
температурных сил может произойти как при отсутствии поездной
нагрузки, так и непосредственно перед поездом, но только не под
колесами состава. Таким образом, если при выбросе сошла с рельсов
не головная часть поезда, а средняя или хвостовая, можно предпола-
86

гать, что причиной происшествия явилось воздействие поперечных
сил от колес поезда, состав которого подвергся сжатию
недопустимыми продольными силами. Такое сжатие может происходить при
торможении, сбросе тяги, следовании по переломам продольного
профиля, использовании подталкивания, что устанавливается при
расшифровке скоростемерной ленты. В ряде случаев при действии таких сил
происходит сход порожних или малозагруженных (менее 12 тс/ось)
вагонов из-за вкатывания гребня на головку рельса, а груженых —
вследствие распора колеи при костыльном скреплении, не успевая
сдвинуть рельсошпальную решетку.
Выброс бесстыкового пути из-за действия чрезмерных
температурных сил может возникнуть по следующим причинам:
закрепление плетей при температурах ниже нижней границы
расчетного интервала;
некачественно выполненная разрядка, после которой в рельсах
остались значительные напряжения;
невыполнение разрядок после восстановления плетей из-за изломов
рельсов, замены рельсов в уравнительных пролетах, машинной
очистки щебня;
неполная засыпка шпальных ящиков и торцов шпал балластом, в
том числе после работы подбивочных машин;
значительное ослабление закрепления гаек клеммных болтов.
Перечисленные нарушения правил эксплуатации бесстыкового
пути выявляют осмотром участка на месте выброса, знакомством
с записями в "Журнале учета службы и температурного режима
рельсовых плетей", опросом причастных лиц, проверкой
инструментов и приборов для выполнения разрядки напряжений. При
этом следует иметь в виду, что разрядка без применения
принудительных методов (использование шариковых или роликовых опор,
ударных или гидравлических приборов) может привести к
возникновению в рельсах остаточных напряжений, соответствующих
разнице с температурой закрепления в 12—16 °С, при использовании
ударного прибора — в 8 °С, а при угоне плетей под тяжеловесными
поездами — в 20—30 °С. Следует также учитывать, что подвижка
плетей относительно шпал начинается при ослаблении затяжки гаек
клеммных болтов до 60—80 Н-м при резиновых подрельсовых
подкладках и до 90—110 Н∙м — при полиэтиленовых.
Напряженное состояние бесстыкового пути в момент выброса
можно приблизительно оценить по фактическому удлинению плети в
пределах участка поперечной сдвижки рельсошпальной решетки. Для
этого с обеих сторон зоны выброса на участках плети, где путь не
имеет поперечной сдвижки, на рельсах намечают два створа. Затем с
особой тщательностью измеряют расстояния между створами сначала
по положению рельсов, которое они занимали до выброса, а затем по
87

головке искривленной плети. Разница между этими промерами и будет
являться величиной состоявшегося удлинения.
Однако определить первоначальную длину в зоне выброса
промером можно только на прямом участке пути. Если же эта зона
находится в кривой, первоначальную длину, м, находят расчетом:
Таблица 6.1
Состояние пути
Путь после укладки или очистки щебня до
подошвы шпал
Путь в процессе стабилизации после
ремонта или сплошной выправки
Длительно эксплуатируемый путь
Число шпал
на 1 км
1840
2000
1840
2000
1840
2000
q, Н/см
60
65
85
90
110
120
р, Н/см
90
100
130
140
160
170
Примечание На пути, у которого шпальные ящики заложены балластом до половины,
погонные сопротивления снижаются на 10 %, при незасыпанных шпальных ящиках — в 2,5 раза.
88
Радиус кривой определяют по ленте путеизмерительного вагона.
Расчет температуры, соответствующей напряжениям в плети,
возникшим в момент выброса, ведут по следующим формулам:

Таблица 62
Средний
момент затяжки
гайки клеммно-
го болта, Н • м
35
50
60
Значения р, Н/см, при
подрельсовых прокладках
резиновых
130
190
220

полиэтиленовых
90
130
160
Средний
момент затяжки
гайки клеммно-
го болта, Н • м
70
80
Значения р, Н/см, при
подрельсовых прокладках
резиновых
260
300

полиэтиленовых
180
200
Приведенными в табл. 6.2 значениями продольных сопротивлений
р следует пользоваться только в случае нормального прикрепления
плети к шпалам. Если же гайки клеммных болтов недостаточно
затянуты и плеть имеет возможность перемещаться относительно
подкладок, в расчетах принимают значения продольных сопротивлений р,
приведенные в табл. 6.2.
Данные табл. 6.2 используют и в том случае, если при осмотре
места происшествия установлено, что смещение плетей на участках,
примыкающих к зоне выброса, произошло без продольного смещения
шпал. Закрепление гаек клеммных болтов на этих участках проверяют
динамометрическим ключом на протяжении 30—40 м и определяют
средний момент их затяжки.
Полученную в результате расчета температуру Δtвыб сравнивают с
допустимым изменением температуры по условию устойчивости пути
Δtу, приведенным в ТУ-91. Если Δtвыб существенно ниже Δtу, можно
с достаточной степенью уверенности утверждать, что причиной
выброса не является состояние пути.
Вид коэффициента
по типу рельсов
Kp75
Kp65
Kp50
Таблица 6.3
Значения коэффициента Kр при радиусе кривой, м
Прямая
1
1
1
2000
1,08
1,09
1,08
1,14
1,10
1,06
1200
1,08
1,09
1,08
1,14
1,10
1,06
1000
1,10
1,10
1,10
1,14
1,10
1,08
800
1,15
1,15
1,15
1,19
1,12
1,13
600
1,23
1,23
1,29
1,32
1,21
1,24
500
1,35
1,34
1,38
1,44
1,27
1,33
400
1,50
1,47
1,54
1,59
1,42
1,53
350
1,64
1,62
1,74
1,81
1,58
1,68
Примечание. В числителе - данные для железобетонных шпал, в знаменателе - для
деревянных.
89

Если установлено, что выброс пути произошел на участке, где
выполнялись работы, связанные с ослаблением его устойчивости, то
Δtвыб сравнивают с нормами допускаемого превышения температуры
над температурой закрепления, приведенными в ТУ-91. Если Δtвыб
меньше нормативной температуры, можно сделать вывод, что выброс
не связан с выполнением работ.
При оценке полученных результатов следует учитывать, что все
нормы устойчивости в ТУ-91 определены для нестабилизированного
пути со слабо уплотненным балластом. Кроме того, они
предусматривают по меньшей мере полуторный запас устойчивости пути против
выброса.
Приведенный порядок расчета может быть использован также и
для звеньевого пути с деревянными шпалами, костыльным
скреплением, щебеночным или асбестовым балластом. В этом случае погонное
продольное сопротивление пути вместо данных, приведенных в табл.
6.1, рассчитывается по формуле
7. СХОДЫ В КРИВЫХ ИЗ-ЗА ИЗБЫТОЧНОГО ВОЗВЫШЕНИЯ
НАРУЖНОГО РЕЛЬСА
7.1. Квазистатическая нагрузка на скользуны тележки
грузового вагона при движении по кривым
На рис. 7.1 показаны силы, действующие от кузова на подпятники
и скользуны порожнего грузового вагона, находящегося рядом с
груженым (действует сила АР, см. рис. 3.1, г) в момент движения по
кривой с избытком (а) и дефицитом (б) возвышения наружного
рельса при торможении поезда (действует сила Н). Сила Я, обусловленная
продольным сжатием поезда, определяется по формуле (3.5), сила АР,
обусловленная вертикальной разгрузкой тележки порожнего вагона,
смежного с груженым при торможении, определяется по формулам
(3.6) и (3.7). Рассмотрим, как определить силу RB — реакцию
внутреннего скользуна в кривой с избытком возвышения наружного рельса, и
силу RH — реакцию наружного скользуна в кривой с дефицитом
возвышения из условия равенства опрокидывающего и
удерживающего кузов моментов относительно пятника. При избытке возвышения
90

91

92
Из выражения (7.4) контактная сила прижимающего воздействия
кузова на наружный скользун
От указанных сил RB и RH существенно зависит сопротивление
повороту тележки при движении вагона по кривой, особенно если
имеется избыток возвышения и скользуны имеют задиры, выщербины
и т. п.
Из анализа формул (7.3) и (7.5) следует, что силы RB и RH,
влияющие на сопротивление повороту тележки, имеют увеличенное
значение под вагонами с повышенным центром тяжести кузова hц.т
(хоппера, цистерны). При этом максимум силы RB возникает при малой
скорости движения экипажа с высоким центром тяжести при избытке
возвышения, a RH — при повышенной скорости и дефиците
возвышения (табл. 7.1, рис. 7.2).

93

94

Таблица 7 2
R, м
300
500
v. км/ч
15
25
40
60
15
25
40
60
hцт . М
1,0
1,6
1,0
1,6
1,0
1,6
1,0
1,6
1,0
1,6
1,0
1,6
1,0
1,6
1,0
1,6
Уменьшение (-) и увеличение (+) нагрузки от кузова на скользун
тележки в процентах от ее значения при анп = 0 и возвышении h, м
0,025
-2
-4
+0,06
+0,1
+6
+ 10
+20
+32
-3
-5
-2
-3
+2
+4
+10
+16
0,050
-6
-10
-4
-6
+3
+4
+ 16
+25
-7
-11
-5
-9
-2
-2
+6
+ 10
0,075
-10
-17
-8
-12
-1
-2
+ 12
+ 19
-11
-17
-9
-15
-6
-9
+2
+4
0,100
-14
-23
-12
-19
-5
-8
+8
+ 13
-15
-24
-13
-21
-9
-15
+ 1
-2
0,125
-18
-29
-16
-25
-9
-15
+4
+6
-19
-30
-17
-27
-13
-21
-5
-9
0,150
-22
-35
-19
-31
-13
-21
+0,2
+0,3
-23
-36
-21
-34
-17
-28
-9
-15
П римечание. Для оценки различия в процентах нагрузки от кузова вагона на наружные
м внутренние колеса тележки необходимо приведенные в таблице данные удвоить.
7.2. Квазистатическая нагрузка на скользуны
тележки локомотива и пассажирского вагона
при движении по кривым
Кузов пассажирского вагона опирается только на четыре скользуна
(по два на тележку) размером 260x160 мм каждый, а дно подпятника
вертикальных нагрузок не воспринимает (рис. 7.3). Примерно такая
же схема опирания на тележки и кузова локомотива, но число сколь-
зунов восемь (по четыре на тележку).
Реакцию внутреннего Rв и наружного RH скользуна тележки (у
локомотива двух скользунов) при движении указанных экипажей по
кривым с избытком и дефицитом возвышения определим, используя
расчетные схемы, показанные на рис. 7.3.
Нагрузка на наружный и внутренний скользуны тележки (для
локомотива — скользуны) равны между собой (анп = 0) только когда
соблюдается равенство
95

Формула (7.11) определяет условия, когда непогашенное
ускорение анп = 0, т. е. когда нормальные силы на внутренний и
наружный рельсы кривой равны между собой. Если фактическое
возвышение наружного рельса больше, чем определенное по формуле
(7.11), то неизбежное продольное скольжение, обусловленное жесткой
насадкой колес на оси, будет происходить по наружному рельсу,
если меньше — по внутреннему. Другими словами, для того чтобы
не было продольного скольжения гребней колес по боковой грани
головки наружного рельса, его возвышение должно быть меньше
определенного по формуле (7.11).
В табл. 7.3 представлены результаты расчетов по формуле (7.11)
(при s = 1,6 м, g = 9,81 м/с ), из которых видно (рис. 7.4), что при
скорости v = 40 км/ч (эта скорость примерно соответствует средней
технической скорости движения грузовых поездов на дорогах России)
96

Таблица 7.3
v, км/ч
15
25
40
60
200
14
39
100
225
Значения h, мм. при
300
10
26
67
151
400
7
20
50
113
R, м
500
6
16
40
91
600
5
13
33
76
возвышение наружного рельса в кривых должно быть значительно
меньше, чем сейчас существует. Но половина грузовых поездов
проходят по кривым со скоростью меньше среднетехнической, в том числе
со скоростью 25 км/ч и даже 15 км/ч. В этих случаях, чтобы не было
продольного скольжения гребней колес по боковой грани наружного
рельса, возвышение должно быть еще меньше (см. рис. 7.4).
Реакцию наружного скользуна (скользунов) тележки определим,
приравняв нулю сумму опрокидывающих и удерживающих кузов
моментов относительно внутреннего скользуна (скользунов) тележки (см.
рис. 7.3):
97

Таблица 7.4
R, м
300
500
v, км/ч
15
40
60
15
40
60
hц.т
1,0
1.6
1,0
1,6
1,0
1,6
1,0
1,6
1,0
1,6
1,0
1,6
Уменьшение (-) и увеличение (+) нагрузки
от кузова на наружный рельс кривой в
процентах от нагрузки на внутренний рельс
при h, м
0,025
-2
-3
+6
+ 10
+ 15
+24
-3
-4
+2
+4
+10
+ 15
0,050
-6
-9
+2
+4
+ 14
+22
-6
-10
-1
-2
+6
+10
0,075
-9
-15
-2
-3
+10
+ 16
-10
-16
-5
-8
+2
+4
0,100
-13
-21
-5
-9
+6
+ 10
-14
-22
-9
-14
-1
-2
0.125
-17
-27
-9
-14
+3
+4
-17
-27
-12
-20
-5
-8
0.150
-20
-32
-12
-20
-1
-2
-21
-33
-16
-25
-9
-14
Представляет интерес оценка снижения нагрузки от кузова на
колеса тележки, следующие по наружному рельсу кривой, при избытке
98

Результаты расчетов по формуле (7.17) представлены в табл. 7.4
(при s = 1,6 м, lск = 1,74 м, g = 9,81 м/с). Они наглядно
свидетельствуют, что при избытке возвышения происходит значительная разгрузка
наружных скользунов в кривых. Это экспериментально подтверждено
Ю. С. Роменом. В результате указанных экспериментов было
установлено, что в ходе опытных поездок при невысоких рамных силах (1,5—
2 тс) в 38 кривых имела место разгрузка колес по наружной нити, в
том числе и при повторных поездках: 29 % при R < 350 м, 42 % при
R = 350—650 м и 29 % при R > 650 м. Основная причина — перевалка
котла на внутренние скользуны из-за избытка возвышения наружного
рельса. Поэтому неизбежное продольное скольжение колес,
обусловленное жесткой их насадкой на оси, происходит не по внутреннему
рельсу кривых, а по наружному по направлению движения.
99

7.3. Влияние избытка возвышения наружного рельса
в кривых на сход порожних вагонов
Подробное изложение причин и механизма продольного
скольжения гребней по боковой грани головки наружного рельса кривых
дано в гл. 13. Здесь отметим только, что неизбежное продольное
скольжение, обусловленное жесткой насадкой колес на оси,
реализуется по наружному рельсу только при избытке его возвышения,
т.е. когда анп> 0. При этом контакт гребня первой по ходу оси
тележки с боковой гранью головки наружного рельса опережает
контакт обода колеса с верхом головки. В указанном (опережающем)
контакте гребень скользит по боковой грани головки при избытке
возвышения не только вдоль по направлению движения, но и по
кругу. При этом реакция сопротивления круговому скольжению
гребня направлена с отклонением вверх под углом 3—5° от
направления продольного скольжения (см. п. 12.1). Поэтому
облегчается вкатывание гребня порожнего вагона на боковую грань
головки наружного рельса кривой, особенно при наличии бокового
его износа и при распоре колеи с наклоном рельса вследствие
отрыва внутренней кромки подошвы от подкладок (при костыльном
скреплении).
К сожалению у многих путейцев линии, в том числе и
руководителей, существует ошибочное суждение о пользе избытка
возвышения и вреде его дефицита. Как уже отмечалось, при избытке
возвышения неизбежное продольное скольжение колес происходит
по наружному рельсу кривой, а при дефиците — по внутреннему.
Почему продольное и круговое скольжение гребня по боковой
изношенной грани головки наружного рельса способствует
выжиманию порожних вагонов (вкатыванию гребня на головку)? Потому что
продольное скольжение происходит по направлению движения, а
вектор реакции кругового скольжения направлен с отклонением вверх
под углом 3° — 5° от направления продольного скольжения
вследствие забега контакта гребня с боковой гранью головки по сравнению
с контактом обода колеса с верхом головки рельса.
Итак, избыток возвышения наружного рельса в кривых
способствует сходу колес с рельсов из-за выжимания порожних вагонов
и распора колеи, а дефицит возвышения — затрудняет сход по
указанным причинам и снижает интенсивность бокового износа
рельсов и гребней колес. На дорогах России сейчас практически
повсеместно имеется избыток возвышения. Чтобы самым простым
способом убедиться в этом, достаточно в локомотиве грузового
поезда поставить на горизонтальный стол (в прямой) полное ведро
или стакан воды и понаблюдать, в какую сторону при движении
поезда вода будет выливаться: если наружу кривой, то дефицит
возвышения; если внутрь кривой — то избыток возвышения. Автор
100

такие опыты проводил. Практически на всех кривых вода выливалась
по направлению внутрь кривой. Так почему же путейцы не
ликвидируют избыток возвышения в кривых? В основном по двум
причинам. Во-первых, потому что до сих пор у многих путейцев
преобладает стереотип мышления о вредности дефицита возвышения
и пользе избытка возвышения исходя из элементарного, но неверного
рассуждения, что при наличии избытка возвышения разгружается
наружная рельсовая нить и за счет этого уменьшается ее износ и
повышается безопасность движения. Практически все наоборот —
с образованием избытка возвышения облегчается сход обезгружен-
ных наружных колес из-за вкатывания гребня на изношенную
боковую грань головки рельса и из-за распора колеи на участках с
костыльным скреплением. Пример — переводные кривые стрелочных
переводов, где возвышение равно нулю, а скорость 40—50 км/ч.
Во-вторых, потому что путейцы боятся преследования со стороны
ревизорского аппарата. Автору пришлось долго уговаривать одного
из начальников дистанции пути (с разрешения начальника службы)
в двух кривых в опытном порядке ликвидировать избыток
возвышения и понизить его со 120 мм до 60 мм. Сопротивление
было большим. Главные аргументы: 1) поезда будут сходить
(вылетать) наружу кривой; 2) ревизоры будут преследовать за то, что
возвышение понижено в 2 раза. И только обоснование с расчетами,
где доказывалось, что при максимальной фактической скорости
пассажирских поездов в данных кривых анп < 0,7 м/с и что при
понижении возвышения из-за вертикальной пригрузки наружной
нити колесами существенно снижается возможность схода колес
вследствие вкатывания гребней на изношенную боковую грань
головки наружного рельса и из-за распора колеи, а также уменьшается
боковой износ рельсов вследствие переключения неизбежного
продольного скольжения колес с наружной рельсовой нити на
внутреннюю удалось ликвидировать избыток возвышения и подтвердить
все сказанное о вреде этого избытка.
Ревизорскому аппарату отделений и управлений дорог
необходимо вести усиленную и систематическую работу по переориентации
путейцев-руководителей на борьбу не с дефицитом возвышения
наружного рельса в кривых, а с его избытком. Избыток
возвышения — это большая проблема современного состояния
железнодорожного пути в кривых, которую необходимо решить в
ближайшие годы.
Возвышение наружного рельса в кривых — важнейший показатель
конструкции пути. Изменяя возвышение, можно в значительной
мере управлять надежностью пути и безопасностью движения
поездов. Несмотря на то, что по расчету необходимого возвышения
опубликовано множество научных статей и книг, опыт
эксплуатации железных дорог России, осуществивших пятилетний "гран-
101

диозный" эксплуатационный эксперимент по загрузке четырехосных
вагонов вместо 62 до 80 т с одновременным повсеместным
понижением скорости движения грузовых поездов по крутым кривым
(R < 800 м) почти вдвое без понижения возвышения выявил
необходимость пересмотра существующих расчетов. Обусловлено это
важностью снижения интенсивности фрикционного бокового износа
рельсов и гребней колес, а главное — необходимостью
предотвращения сходов в крутых кривых (с боковым износом рельсов)
порожних вагонов и прежде всего цистерн. Ведь такие сходы при
весьма прочном и надежном пути стали бедствием железных дорог
России. Вот немного статистики.
На Горьковской железной дороге только в 1995 г. зафиксировано
семь случаев схода в кривых порожних цистерн в организованных
поездах:
1) 01.04.95 г. на перегоне Люга — Можга сошла с рельсов в кривой
12-я от хвоста порожняя цистерна при скорости 40 км/ч;
2) 17.04.95 г. на перегоне Бугрыш — Сарапул сошла с рельсов в
кривой 4-я от хвоста порожняя цистерна при скорости 76 км/ч;
3) 21.04.95 г. на перегоне Бугрыш — Сарапул сошла с рельсов в
кривой 9-я от хвоста порожняя цистерна при скорости 70 км/ч;
4) 16.06.95 г. на перегоне Люга — Можга сошла с рельсов в кривой
28-я от головы порожняя цистерна при скорости 70 км/ч;
5) 29.06.95 г. на перегоне Алуя — Карманово сошла с рельсов в
кривой 2-я от хвоста порожняя цистерна при скорости 77 км/ч;
6) 14.07.95 г. на перегоне Афанасьевский — Ключевая сошла с
рельсов в кривой 7-я с головы порожняя цистерна при скорости
62 км/ч;
7) 10.09.95 г. на перегоне Кичево — Бугрыш сошла с рельсов в
кривой 28-я с головы порожняя цистерна при скорости 48 км/ч.
Немало аналогичных сходов цистерн в кривых на Забайкальской,
Дальневосточной, Северной и других дорогах (к сожалению, не
только цистерн, но и других типов порожних вагонов). Парадокс состоит
в том, что сходят с рельсов не полногрузные вагоны, а порожние или
малозагруженные, хотя вертикальное воздействие колес на рельсы
таких (порожних) вагонов в несколько раз меньше, чем груженых.
Только этот аргумент позволяет заключить, что основная причина
сходов не в дефиците прочности пути или вагонов, а в
неблагоприятном сочетании горизонтальных и вертикальных сил, т. е. в
неблагоприятном соотношении Н/Р, что приводит или к выжиманию
порожних вагонов или к распору колеи с провалом колесных пар. Такое
неблагоприятное соотношение Н/Р может возникать только при
появлении в поезде недопустимых продольных квазистатических сил
сжатия из-за непрофессионального ведения поезда. Значит обучение
локомотивных бригад безопасному вождению поездов — одно из
главных направлений повышения безопасности движения поездов. Второе
102

направление — это выявление и изъятие из обращения "шальных"
тележек. Третье — это повышение сопротивления колеи распору и
всползанию гребня за счет предотвращения раскантовки рельса на
участках с костыльным скреплением (применение противораспорных
подкладок).
8. ТРИ ОСНОВНЫХ ПРАВИЛА РАССЛЕДОВАНИЯ ПРИЧИН
СХОДОВ ПОЕЗДОВ ЗА РУБЕЖОМ
8.1. Первое правило — при сходе с рельсов локомотива
(головной части поезда) необходимо прежде всего
искать путейскую причину
В последние годы сход колес с рельсов происходит наиболее часто
под порожними вагонами (цистернами) в средней или хвостовой части
поезда. Известно, что колеса локомотива воздействуют на рельсы в
вертикальном и горизонтальном (продольном и поперечном)
направлениях со значительно (в несколько раз) большей силой, чем колеса
порожних исправных вагонов, если поезд следует в режиме тяги или
выбега (без торможения). Поэтому, если в состоянии пути возникает
из-за недосмотра где-либо недопустимо слабое по прочности или
содержанию колеи место, то это место должен обнаружить своим сходом
локомотив, а не порожний исправный вагон. Если же локомотив и,
тем более, головные вагоны не сошли с рельсов, то очевидна
необоснованность отнесения причины данного схода на состояние пути или
его недостаточную прочность. Отметим еще раз, что это
безоговорочно относится к движению поезда в режиме тяги или выбега. При
движении в режиме торможения могут возникать аварийные ситуации
по сходу колес под порожними вагонами из-за их выжимания, распора
и сдвига колеи. Но в этих случаях слабое место в пути является только
сопутствующим фактором (головная часть поезда не сошла), а
основная причина схода — повышенное боковое воздействие колес на
рельсы. В значительной мере сказанное относится и к груженым вагонам.
Итак, если в процессе крушения или аварии сошел с рельсов
локомотив или локомотив и головная часть поезда, то при служебном
расследовании в первую очередь должна быть проверена версия о
наезде локомотива на: разобранную часть пути; препятствие; изломан-
103

ный под ранее прошедшим поездом рельс (остряк) с отвалившейся его
частью; место с недопустимым отступлением в содержании колеи по
шаблону и (или) уровню; место температурного выброса рельсовой
колеи.
На железных дорогах большинства развитых стран мира при
расследовании (изучении) причин схода колес с рельсов руководствуются
выработанным многолетним опытом, наукой и практикой правилом,
что если сошел с рельсов только локомотив или локомотив и головная
часть поезда, то причину прежде всего необходимо искать в состоянии
пути. А если же локомотив и головная часть поезда не сошли с
рельсов, а сход произошел в средней или в хвостовой части поезда, то
причину необходимо искать в состоянии ходовых частей вагонов и в
режимах ведения поезда. Исключение составляют случаи сходов колес
в средней или хвостовой части поезда из-за падения на путь груза или
частей подвижного состава (торцевых дверей полувагонов и т. п.).
8.2. Второе правило — при сходе с рельсов экипажей
в средней или хвостовой части поезда причину необходимо
искать в состоянии ходовых частей экипажей
или в режиме ведения поезда
Это правило общепризнано на большинстве железных дорог
развитых стран мира. Ему необходимо следовать и на железных дорогах
России.
Причины повышенного бокового воздействия колес тележки на
рельсы в средней или хвостовой части поезда можно разделить на
следующие группы:
повышенные продольные силы в поезде при его торможении;
наличие эксцентриситетов (в плане и профиле) передачи
продольных сжимающих сил в поезде от вагона к вагону;
чувствительность экипажей к продольным сжимающим силам в
поезде в части перекосов кузовов в плане и профиле (люфты и
жесткость связи кузова с тележками и колесными парами);
неисправности ходовых частей экипажей (непараллельность осей,
разность диаметров кругов катания колес в колесной паре и др.);
повышенное сопротивление повороту тележек при входе с прямой
в кривую и при выходе с кривой в прямую;
изломы несущих элементов ходовых частей экипажей;
неровности пути в плане и профиле, роль которых особенно велика
при следовании в сборных поездах порожних вагонов с изношенными
фрикционными узлами тележки.
104

8.3. Третье правило — при обнаружении на месте схода
поезда изломов рельсов и деталей ходовых частей экипажей
необходимо прежде всего искать причину возникновения
сверхнормативных сил, вызвавших указанные изломы
Естественно, что в процессе крушений и аварий возникают
огромные (запредельные) силы взаимодействия колес с рельсами и не только
колес, а и других деталей тележки. Поэтому после завершения
процесса схода (крушения или аварии) в образовавшемся нагромождении
сошедших экипажей практически всегда можно обнаружить
множество изломов рельсов, боковин, автосцепок, надрессорных балок и даже
сдвиги колес по оси. Естественно, что такие изломы в процессе
крушения происходят прежде всего в местах наличия раковин,
усталостных трещин, непроваров и т. п. К сожалению, очень часто при
служебном расследовании такие изломы без необходимого обоснования
принимают как причину схода колес с рельсов (крушения и аварии).
На большинстве железных дорог мира права человека законодательно
охраняются и за их нарушение каждый гражданин, которому нанесен
моральный ущерб из-за необоснованного обвинения, может через суд
получить существенную денежную компенсацию. Это очень сильно
сдерживает людей, проводящих служебное расследование от
необоснованных, скоропалительных заключений о причинах крушений и
аварий. Всегда вначале выявляется причина повышенного
(сверхкритического) роста сил, вызвавших излом, и прежде всего сил
группового бокового воздействия колес на рельсы.
Каждая из перечисленных ранее причин роста бокового
воздействия колес на рельсы может самостоятельно вызывать аварийную
ситуацию по сходу колес только при значительном превышении
допускаемого значения сил. Наиболее вероятным является комплексное
влияние всех их на создание аварийных ситуаций, даже когда значение
каждой составляющей и не превысило допускаемой величины.
Другими словами, достижение предельного (допускаемого) значения какого-
либо одного параметра состояния пути и подвижного состава,
влияющего на воздействие колес на рельсы, не может рассматриваться как
достаточное доказательство причины схода колес с рельсов. Это
только необходимое, но недостаточное условие, поскольку практически
все допускаемые (нормативные) значения параметров технического
состояния пути и подвижного состава, а также допускаемых сил их
взаимодействия установлены с коэффициентом запаса. Необходим
комплексный анализ совместного влияния множества факторов.
Рост продольных квазистатических сил сжатия в поездах —
характерная особенность железных дорог после организации движения
тяжеловесных и длинносоставных поездов. Эта причина в сочетании с
другими является определяющей в возникновении аварийных
ситуаций в условиях железных дорог России (на зарубежных дорогах
подвижной состав менее чувствителен к продольным сжимающим силам
в поезде в части перекосов кузовов).
105

9. АНАЛИЗ СКОРОСТЕМЕРНОЙ ЛЕНТЫ
9.1. Основные записи на скоростемерной ленте
и их расшифровка
При крушениях и авариях поездов основным документом,
расшифровка которого позволяет объективно оценить предаварийную
ситуацию, является скоростемерная лента. Знание основных записей на этой
ленте и правил их расшифровки необходимо всем руководителям. В
настоящее время на локомотивах всех серий применяют механические
скоростемеры ЗСЛ-2М с возможностью записи скорости до 150 км/ч
и на части пассажирских локомотивов — до 220 км/ч. Погрешность
записи ±4 км/ч. Прибор имеет редуктор и приводной вал, с помощью
которых вращающий момент от колесной пары передается к
механизму скоростемера. Частота вращения приводного вала строго
согласована с частотой вращения колесной пары локомотива, от которой
прибор приводится в действие.
Регистрирующий механизм скоростемера состоит из
лентопротяжного и записывающего механизмов. На лентопротяжном валике
имеется три ряда игл, которые обеспечивают столько же рядов
наколов на ленте. Расстояние между соседними наколами, равное
на ленте 5 мм, соответствует 1 км пройденного локомотивом пути.
По числу наколов определяют общее расстояние, которое прошел
локомотив.
Длина ленты 12 м, ширина 79,5 мм. Она изготовляется из белой
бумаги со специальным покрытием с одной стороны. Верхняя часть
ленты (30 мм), предназначенная для регистрации времени следования
и стоянок локомотива, разлинована через каждые 5 мм с цифрами
0; 5; 10; 15; 20; 25; 30 для записи времени в минутах и 0; 4; 8;
12; 16; 20; 24 для записи времени в часах (рис. 9.1). На верхнем
поле регистрируется еще положение автоматической локомотивной
сигнализации с автостопом — показания красного (ЭК), желтого
с красным (ЭКЖ), желтого (ЭЖ) огней локомотивного светофора,
а также периодическое нажатие машинистом рукоятки бдительности
и срабатывание автостопа (ЭЭ).
При стоянке локомотива лента не передвигается. Поэтому
минутный писец проводит на ленте вертикальную линию, поднимаясь за
каждую минуту на 1 мм. Через каждые 30 мин писец времени
возвращается вниз. Расстояние между соседними часовыми наколами по
вертикали равно 1,25 мм. Часовые наколы располагаются на
расстоянии 6 мм слева от получасового спада минутной записи (см. точку
слева от линии минутного спада над часовой линией 4 на рис. 9.1).
Нижнее поле ленты (40 мм) служит для записи скорости движения
локомотива, пройденного пути, режима торможения и заднего хода
106

локомотива. Поле разделено горизонтальными линиями, на которых
отпечатаны цифры 0; 10; ..., 150 км/ч (в других скоростемерах — до
220 км/ч). По этим линиям и цифрам и определяется скорость.
При движении локомотива лента передвигается. Поэтому минуты
записываются по наклонной линии. Наколы часов также
располагаются со сдвижкой один относительно другого.
При записи скорости и времени складываются направления
движения: ленты по горизонтали и писцов по вертикали. Чтобы узнать
действительную скорость на данном участке (километре), следует
промерить высоту линии скорости относительно нижней (нулевой) линии
километровых наколов. По высоте записи каждый миллиметр
соответствует скорости: под линией 150 км/ч — 3,75 км/ч; 220 км/ч — 5,5 км/ч.
Скорость и время записываются на одной вертикали.
При неправильной установке писца скорости, когда его положение
во время остановки локомотива не совпадает с нулевой линией
скорости, действительную скорость движения поездов определяют,
измеряя расстояние от фактического положения писца, которое он занимал
при остановке локомотива. Для проверки скорость на таких участках
рассчитывают по времени и пройденному пути.
На пассажирских локомотивах, имеющих скоростемеры со шкалой
измерения до 220 км/ч, как правило, применяют ленты,
оцифрованные для записи скорости 200 км/ч. При этом действительную
скорость определяют умножением записанной на ленте скорости
на коэффициент 1,1.
В случае применения на скоростемерах со шкалой измерения
220 км/ч ленты с оцифровкой для записи 150 км/ч действительную
скорость определяют умножением записанной на ленте скорости
на коэффициент 1,47.
Рис. 9.1.
Образец скорос-
темерной
ленты с
записями
параметров
107

При расшифровке следует также уточнить фактические отметки
пройденного расстояния. Для этого на перфорации ленты измеряют
расстояние между десятикилометровыми наколами и при
необходимости вводят поправочный коэффициент.
Давление воздуха в тормозной магистрали поезда фиксируется
между линиями 130 и 140 км/ч нижнего поля записи скорости. Нулевое
давление воздуха отмечается на линии 50 км/ч. При его повышении до
6 кгс/см во время стоянки локомотива писец запишет вертикальную
линию высотой 25 мм. Если давление воздуха не изменяется при
движении поезда, то писец будет записывать ровную горизонтальную
линию. Торможение поезда на ленте будет отмечено зигзагообразной
линией.
Если машинист при торможении снизит давление в магистрали на
0,5 кгс/см , то писец сместится вертикально вниз на 2,08 мм. Иначе
говоря, при определении режима торможения ориентировочно можно
руководствоваться тем, что смещение писца на 1 мм соответствует
снижению давления в магистрали на 0,24 кгс/см . По характеру
падения давления воздуха можно установить, какое было применено
торможение — служебное I ступени, служебное полное (глубокое) или
экстренное. Давление соответственно снизится на 0,5—0,7 кгс/см , на
1,2—1,7 кгс/см , до нуля (рис. 9.2).
При буксовании колесной пары, с которой соединен привод
скоростемера, писец скорости резко поднимается вверх, так как
возрастает скорость вращения колеса и протяжки ленты. При движении
колесной пары юзом протяжка ленты прекращается, писец скорости падает
до нулевой линии, а писец времени записывает время по вертикальной
линии (рис. 9.3).
Писец положения АЛСН с автостопом и отметок о нажатии
бдительности сдвинут вправо от писцов скорости и времени на 42,5 мм и
заносит информацию под часовой линией 8 (рис. 9.4). Писец желтого
огня локомотивного светофора сдвинут влево от писцов скорости и
времени на 27 мм и делает записи под часовой линией 4. Писцы
желтого с красным (впереди поезда красный сигнал) и красного
(локомотив проехал красный сигнал) огней локомотивного светофора
Рис. 9.2. Запись падения давления в магистрали при торможении:
а — служебном; б — служебном полном; в — экстренном
108

сдвинуты относительно писцов скорости и времени вправо на 20 мм
и фиксируют сведения соответственно под часовыми линиями 20 и 12.
При движении локомотива (поезда) лента передвигается и писец
включенного автостопа прочерчивает непрерывную горизонтальную
прямую линию. При срабатывании автостопа писец перемещается
вверх на 2—2,8 мм и возвращается записывая такую же
горизонтальную линию как до включения автостопа. Этим же писцом делаются
отметки о нажатии машинистом рукоятки бдительности.
При загорании на локомотивном светофоре желтого, желтого с
красным или красного огней соответствующий писец переместится на
2—2,8 мм вниз и будет находиться в таком положении до тех пор, пока
не погаснет этот огонь на светофоре.
Для определения по ленте скорости движения локомотива и
времени в момент срабатывания автостопа необходимо от места смещения
записи срабатывания автостопа отложить в левую сторону 42,5 мм,
нанести вертикальную линию до пересечения с линиями времени и
скорости и в этом сечении узнать время и скорость движения в
указанный момент. Аналогично поступают и при определении скорости
и времени в момент смены огня на локомотивном светофоре.
Чтобы получить данные о режиме торможения поезда машинистом
после срабатывания автостопа, нужно на ленте от записи
срабатывания автостопа отложить влево 22,5 мм и провести вертикальную
прямую линию до пересечения с линией давления воздуха в тормозной
магистрали. В этом месте давление воздуха от срабатывания
автостопа должно резко снизиться.
109

В качестве примера расшифруем скоростемерную ленту,
приведенную на рис. 9.1. Началу записей на ленте (слева направо)
соответствуют: время — 4 ч 36 мин. Часы определяют по наколу на часовой
линии 4, находящемуся на расстоянии 6 мм от линии перепада писца
времени, а минуты — по положению минутной линии в начале ленты
(6 мин) плюс один минутный перепад (30 мин) между соседними
часовыми наколами.
Из записи скорости в начале ленты видно, что скорость равна
63 км/ч. На 2-м километре (см. номера километров на нижней линии
наколов) машинист проверил тормоза, сбросив давление в тормозной
магистрали на 0,6 кгс/см2 (служебное торможение I ступени, см.
позицию /). Скорость снизилась на 10 км/ч на расстоянии 200 м, что
свидетельствует о нормальной работе тормозов. В начале 7-го
километра из-за возникшей опасности наезда на транспортное средство на
переезде, по словам машиниста, было применено экстренное торможе-
Рис. 9.4. Примеры записи на ленте параметров АЛСН с применением скоростемера с
четырьмя электромагнитами при огнях на локомотивном светофоре:
I — зеленый; // — белый; /// — желтый; IV — желтый с красным; V — красный; VI — белый; VII —
начало торможения автостопом при красном огне
110

ние 2. Тормозной путь составил 700 м. По вертикальному отрезку
времени против места стоянки локомотива видно, что поезд простоял
10 мин и пошел дальше. В начале 12-го километра буксовала колесная
пара, соединенная со скоростемером, о чем говорит всплеск скорости
3, а в конце 14-го километра колесная пара шла юзом, что
зафиксировано вертикальной линией 4 падения скорости до нуля и
вертикальным отрезком подъема писца времени в этом же сечении ленты.
По линии ЭЖ видно, что до 18-го километра поезд шел на зеленый
огонь светофора. Затем при скорости 67 км/ч зеленый огонь сменился
на желтый (см. смещение писца вниз — 5). После 800 м пути писец
вновь поднялся в исходное положение и в этот момент впереди
появился красный огонь на наземном светофоре (желтый с красным —
на локомотивном светофоре; см. смещение писца вниз на линии ЭКЖ,
сдвинутое относительно скорости на 20 мм вправо — б). Значит,
локомотив проследовал изолирующий стык наземного светофора с
желтым огнем на втором пикете 19-го километра (см. сечение
против светофора на линии скорости), т. е. впереди горит красный огонь
наземного светофора. В этот момент поезд двигался со скоростью
72 км/ч. Но так как контролируемая автостопом скорость при езде на
красный огонь наземного светофора ограничена меньшей величиной,
сработал автостоп (см. смещение писца вверх на линии ЭЭ в точке 7
на расстоянии от записи скорости 42,5 мм), несмотря на частое
нажатие рукоятки бдительности (см. цифру 8 на линии ЭЭ). Машинист
сразу же применил экстренное торможение (снижение давления до
нуля). После пятиминутной стоянки (см. вертикальный отрезок на
линии времени против места стоянки) поезд двинулся дальше. На 25-м
километре машинист опробовал тормоза с понижением давления в
магистрали на 0,6 кг/см .
При расшифровке ленты применяют шаблон, изготовленный из
толстой полиэтиленовой пленки (рис. 9.5). Шаблон накладывают на
Рис. 9.5. Шаблон для расшифровки
записи на скоростемерных лентах:
/—/ — желтого огня; //—// — скорости и
времени; /II—III — изменения давления воздуха в
тормозной магистрали, желтого с красным и
красного огней на локомотивном светофоре;
IV—IV — нажатия рукоятки бдительности и
срабатывания автостопа
111

скоростемерную ленту так, чтобы его линия 0—0 совпадала с
горизонтальной линией нулевой скорости на ленте, а линия III—III — с
началом падения давления в тормозной магистрали (рис. 9.6, точка 1).
Для более точного определения по ленте начала падения давления,
учитывая малый масштаб записи пути, проходимого локомотивом (в
1 мм — 200 м), часто пользуются лупой.
9.2. Оценка по скоростемерной ленте характера торможения
и фактической скорости движения поезда
Экстренное или полное служебное торможение поезда при
неблагоприятных сочетаниях других факторов ("шальная" тележка, крутая
кривая с избытком возвышения и боковым износом головки
наружного рельса) является одной из основных причин схода колес с рельсов.
Эта причина заслуживает особого внимания, потому что при
экспертизах крушений и аварий она признавалась в 30 % случаев, тогда как
при служебных расследованиях тех же крушений и аварий ни разу не
упоминалась. Вместо этой истинной причины фигурировали излом
рельса, расстройства пути, излом деталей вагонов и др. Это слова из
статьи В. Ф. Федулова "Произошло крушение: в чем причина" (журнал
"Путь и путевое хозяйство", № 7 за 1992 г.). Ниже излагается часть
материала из указанной статьи.
Некоторые специалисты придерживаются мнения, что экстренное
торможение не может привести к сходу. Причем они ссылаются на то,
что таких торможений только за одни сутки на дорогах бывает очень
много, но сходов не происходит. Однако это не так. При
определенном стечении некоторых неблагоприятных обстоятельств, которые
действительно бывают очень редко, экстренное торможение приводит
к сходу (выдавливанию) вагонов.
Рис. 9.6. Определение тормозного пути на
ленте с помощью шаблона:
Lт — тормозной путь
112

Например, из 14 случаев схода вагонов при экстренном
торможении, выявленных при экспертизах, 7 случаев произошли на кривой
малого радиуса и на крутом спуске. С рельсов сходили либо
порожние, либо легко груженые вагоны, расположенные на 11—20-м местах
в составе. В книге "Тормоза железнодорожного подвижного состава.
Вопросы и ответы" (М.: Транспорт, 1987. С. 83) В. Г. Иноземцев
пишет, что в кривых сила, действующая на вагон в направлении пути,
вызывает появление усилий, снижающих устойчивость вагона в колее
в средней части поезда (см. рис. 2.2).
Следовательно, если в груженом поезде между 11-ми 20-м
вагонами от головы имеются, например, два порожних вагона, и в момент
прохождения поезда по кривой малого радиуса применено экстренное
торможение, то вероятность схода этих двух вагонов с рельсов (из-за
выдавливания наружу кривой) будет большой. Что в таких случаях
может служить вещественным признаком, подтверждающим, что
основной причиной схода стало экстренное торможение? Прежде всего,
либо отжатие и раскантовка рельса с провалом одного колеса внутрь
колеи (см. рис. 5.1, б), либо вкатывание гребня колеса на изношенную
головку рельса и сход обоих колес колесной пары (см. рис. 5.2, б). Оба
эти механизма схода, несмотря на их внешние отличия, служат
следствием боковых воздействий на рельс, обусловленных торможением.
При этом необходимы признаки, подтверждающие, что сход
произошел не до торможения, а некоторое время спустя после него.
Таким признаком (при разрыве тормозной магистрали между
первым сошедшим и последним несошедшим вагонами головной части
поезда в месте схода) является равенство
Lл = Lт + lГ — /пт, (9.1)
где Lл — расстояние от места схода до места остановки локомотива; Lт — тормозной
путь по данным скоростемерной ленты; lг — длина головной части поезда (в сцепе с
локомотивом), несошедшей с рельсов; lПТ — предтормозной путь (подготовка тормозов),
определяемый по табл. 9.1.
Физический смысл lПТ заключается в следующем. Тормозная сила в
поезде возникает не сразу после поворота рукоятки крана машиниста
Таблица 9.1
Скорость
движения, км/ч
50
60
70
Значения lПТ, м. для поезда
грузового
70
85
100
пассажирского
40
50
60
Скорость
движения, км/ч
80
90
100
Значения lПТ, м. для поезда
грузового
110
125
140
пассажирского
70
75
80
113

в тормозное положение или разъединения (обрыва) тормозной
магистрали. Нужно время на распространение воздушной волны по
тормозной магистрали поезда, срабатывание воздухораспределителей,
наполнение воздухом тормозных цилиндров, перемещение тормозной
рычажной передачи до касания тормозными колодками бандажей и
на увеличение их нажатия. При этом, если торможение произведено
краном машиниста, то тормрза головной части поезда срабатывают
быстрее, чем хвостовой.
Для упрощения расчетов условно принимают, что после включения
тормоза машинистом поезд какое-то время двигается с постоянной
скоростью, а затем включаются тормоза всего поезда. Время от
поворота рукоятки крана до начала торможения называют временем
подготовки тормозов. В течение этого времени поезд проходит, так
называемый, подготовительный или предтормозной путь lпт. Расстояние,
проходимое поездом с действующими тормозами, называют
действительным тормозным путем lдт.
Тормозной путь равен сумме предтормозного и действительного
тормозных путей, т. е.
LТ= lпт + lдт. (9.2)
Предтормозной путь зависит от средней скорости движения и
времени подготовки тормозов:
По тяговым расчетам время подготовки тормозов tПТ определяют
в зависимости от типа тормозов и длины поезда. Для грузовых
поездов при автоматических тормозах и числе осей 200 и менее принимают
tПТ = 7 с, от 200 до 300 осей tПТ = 10 с и более 300 осей tПТ = 12 с. Для
пассажирских поездов при пневматических тормозах /пт = 4 с, при
электропневматических tПТ = 2 с.
Очевидно, что при подсчете tПТ время tПТ следует принимать
меньше приведенных значений, поскольку речь идет о торможении не всего
поезда, а только головной его части Qr, условно считая, что сход —
это следствие набегания в процессе торможения задней
незаторможенной части поезда на головную заторможенную.
На рис. 9.7 показаны две схемы схода вагонов в увязке с записями
на скоростемерной ленте начала падения давления в тормозной
магистрали и тормозного пути. Первая схема соответствует сходу
при экстренном торможении ("торможение — сход"), а вторая —
сходу с разрывом тормозной магистрали до экстренного торможения
("сход — торможение").
114

Рис. 9.7. Схемы сходов, привязанные к записям на скоростемерной ленте:
/ — путеизмерительная лента; 2 — профиль пути; 3 — механизм схода; 4 — поезд в начале
торможения (падение давления в тормозной магистрали); 5 — поезд после остановки локомотива; б — вагон,
первым сошедший с рельсов; 7 — место схода; 8 — скоростемерная лента; / — место схода (122 км,
ПК2, первое звено); // — место остановки локомотива при сходе из-за торможения (122 км, ПК9,
четвертое звено); /// — место остановки локомотива при сходе не из-за торможения (123 км, ПК1,
второе звено)

В первом случае подтверждающим фактором является равенство
(9.1) — возможная погрешность до 5 %. Во втором случае Ln будет
значительно больше, чем в первом:
Lл= Lт+ lг + lв, (9.4)
где LB — путь, пройденный поездом за время перемещения воздушной волны от места
разрыва тормозной магистрали при сходе до локомотива (1,5—2 с).
Длину головной части поезда lг, не сошедшей с рельсов, находят
сложением длин ее подвижных единиц (берут из справочника). При
этом тип вагонов определяют либо непосредственно на месте схода,
либо по вагонной накладной — по первым цифрам номеров вагонов,
которые означают: цифра 2 — крытый вагон; 4 — платформа; 5 —
хоппер-дозатор; 6 — полувагон; 7 — цистерна; 8 — рефрижератор или
ледник; 9 — зерновоз или другой специализированный подвижной
состав; 3 — прочий подвижной состав.
Длину Lл измеряют непосредственно на месте схода, причем еще
до уборки с перегона головной части поезда. Если же это не удалось,
то посредством опроса очевидцев или другим способом точно
устанавливают место остановки локомотива и измеряют до него
расстояние от места схода.
Следует добавить, что условие (9.1) одинаково применимо как к
экстренному, так и к другому виду торможения, если оно привело к
сходу, например, к торможению сдвоенного поезда машинистом
головного локомотива, несогласованное с машинистом второго
локомотива (при разъединенных тормозных магистралях).
Если будет выявлено, что сход вагонов вызван экстренным
торможением, то по скоростемерной ленте находят причину его применения.
Такими причинами чаще всего бывают: самопроизвольное
срабатывание автостопа (ЭПК) при превышении контролируемой скорости
движения; внезапное перекрытие зеленого огня светофора красным;
задержка нажатия рукоятки бдительности машинистом; слабая
эффективность тормозов, выявленная при проверке тормозов на перегоне;
внезапное падение давления в тормозной магистрали.
Самопроизвольное срабатывание автостопа устанавливают так. На
скоростемерную ленту накладывают расшифровочный шаблон. Если
при этом в сечении IV—IV на линии ЭЭ будет зафиксировано
перемещение писца вверх на 2—2,8 мм, а затем его горизонтальное движение
на некотором протяжении, то, значит, сработал автостоп.
Причину срабатывания определяют также по записям на
скоростемерной ленте. Если это превышение контролируемой скорости (при
проследовании светофора с желтым огнем), то оно будет отмечено на
ленте в виде опускания писца на линии ЭКЖ на 2—2,8 мм (рис. 9.8, а)
на расстоянии 20 мм правее записи скорости (против сечения III—III
на шаблоне), а в сечении II—II шаблона будет видно превышение
116

Рис. 9.8. Примеры записи остановки поезда автостопом:
а - при превышении контролируемой скорости движения на красный огонь светофора; б — при
задержке нажатия машинистом рукоятки бдительности
скорости. При задержке с нажатием рукоятки бдительности
машинистом не будет очередной вертикальной черточки перед срабатыванием
автостопа (рис. 9.8, б).
Внезапное перекрытие перед поездом зеленого огня светофора
красным отмечается на ленте опусканием писца на линии ЭКЖ вниз
на 2—2,8 мм на том же расстоянии от записи скорости, что и выше
(на линии ЭЖ в это время записывается горение зеленого огня
светофора).
Экстренное торможение происходит в основном при внезапном
изменении условий ведения поезда. Так, автостоп неоднократно
срабатывал ночью на крутом спуске при проследовании светофора с
желтым огнем, когда машинист надеялся на скорое удаление впереди
идущего поезда и опасался, что в случае снижения на спуске скорости
до величины менее контролируемой он не сможет "вытащить" его
потом на подъеме.
Зеленый огонь внезапно перекрывался красным в ряде случаев в
жаркую погоду на бесстыковом пути из-за "слепого" зазора в
изолирующем стыке.
Машинист запаздывает с нажатием рукоятки бдительности либо от
ослабления внимания, либо от растерянности в связи с внезапно
изменившейся ситуацией, например при исчезновении кодов и др. Были
случаи, когда машинист прибегал к экстренному торможению поезда
после того, как недостаточно снижалась скорость при проверке
тормозов (рис. 9.9) или же при внезапном падении давления в тормозной
магистрали.
Определить, в каких случаях экстренное торможение оправдано, а
в каких нет, можно лишь при тщательном разборе. Кстати, часто
117

Рис. 9.9. Применение
экстренного торможения из-за
слабой эффективности
тормозов, выявленной при их
проверке
экспертам не удавалось достигнуть единого мнения в основном
потому, что в Инструкции по тормозам ЦВ-ЦТ-ВНИИЖТ/4440 связанные
с этим вопросы изложены не четко.
Так, в п. 8.1.6 этой инструкции записано: "Наилучшая плавность
торможения поезда обеспечивается разрядкой тормозной магистрали
в один прием в начале торможения на величину первой ступени...",
которая в п. 8.1.2 предусмотрена равной для грузовых груженых
поездов 0,6—0,7 кгс/см , а на крутых затяжных спусках — 0,7—0,8 кгс/см2.
Казалось бы ясно, как машинист должен обеспечить торможение
поезда. Однако п. 8.1.7 "затуманивает" эту ясность следующей
формулировкой: "По условиям ведения поезда машинист имеет право
выбирать величину снижения давления в магистрали при выполнении
торможения, но не менее указанной в п. 8.1.2...".
При таком подходе к необходимости торможения поезда теряют
смысл процитированные выше пункты 8.1.6 и 8.1.2. Не случайно
поэтому на вопрос к машинисту, каковы были у него мотивы применения
экстренного или полного служебного торможения, если из материалов
расследования их не видно, как правило, следует ссылка на внезапное
падение давления в тормозной магистрали и использование в
соответствии с п. 8.1.7 экстренного торможения.
В Инструкции не регламентирован порядок торможения поезда
при обнаружении разрыва тормозной магистрали. Установлен лишь
порядок торможения при разрыве этой магистрали с датчиком № 418.
Но как быть, если на локомотиве нет такого датчика, не сказано.
В п. 8.1.8 записано: "Во избежание резкого замедления движения
локомотива при применении крана вспомогательного тормоза и
возникновения больших продольно-динамических реакций в поезде на
скоростях 50 км/ч и менее тормозить этим краном при ведении поезда
необходимо ступенями, за исключением случая экстренной
остановки". При этом следует знать, что скоростемерная лента не позволяет
проконтролировать даже сам факт использования вспомогательного
тормоза, не говоря о величине понижения давления, ибо
вспомогательное торможение на ней не записывается.
118

Перечисленные записи в Инструкции по тормозам трудно
оправдать.
За последние годы значительно усложнились условия
эксплуатации. Увеличились скорости движения, осевые вагонные нагрузки,
масса и длина поездов. Вагоны оборудуют композиционными
колодками. Но требования к применению неплавных торможений поезда не
ужесточились. Это одна из основных причин резкого возрастания
количества сходов, что подтверждается результатами анализа и
обобщения экспертиз крушений.
Вот пример схода вагонов из-за неплавного торможения поезда,
которое осталось невыявленным при служебном расследовании
крушения.
Ведя грузовой поезд по спуску 17 ‰ при скорости 47 км/ч
(установленная 55 км/ч) и решив несколько снизить скорость, которая
быстро возрастала, машинист применил первую ступень торможения.
Через 300 м скорость упала лишь на 3 км/ч (вместо 10 км/ч по
Инструкции по тормозам). В соответствии с Инструкцией по тормозам
машинист обязан был остановить поезд. Однако он отпустил тормоза
с завышением давления в тормозной магистрали и сразу же (без какой-
либо выдержки) применил полное служебное торможение со сбросом
давления на 1,9 кгс/см2.
В этот момент середина поезда находилась на кривой радиусом
240 м перед мостом. Произошел сход с перекатыванием гребня
колеса через рельс 19-го вагона от головы, который свалился под
мост, увлекая за собой другие вагоны.
Машинист доложил диспетчеру, что при отпуске тормозов упало
давление в тормозной магистрали, из-за чего он воспользовался
полным служебным торможением. Это была неправда. При служебном
расследовании не проанализировали записи на скоростемерной ленте,
на которых никакого внезапного падения давления не зафиксировано.
Причиной крушения посчитали неудовлетворительное состояние
пути, не приведя соответствующих фактов, ибо таковых не было.
Состояние пути было удовлетворительным и безопасности движения,
тем более при скорости 45 км/ч, не угрожало.
При экспертизе установили следующее. Во-первых, сход
произошел из-за перекатывания гребня колеса через головку рельса в
наружную сторону кривой, что указывало на боковое воздействие на рельс.
Во-вторых, не сход вагона вызвал разрыв тормозной магистрали и
падение в ней давления, а наоборот, сход стал следствием резкого
торможения поезда, что подтвердилось расчетами по формулам (9.1)
и (9.4). В-третьих, сходу колес при экстренном торможении
способствовало то, что поезд двигался по крутому спуску (17 ‰ ) и кривой
малого радиуса.
Необходимо отметить, что выявлению роли экстренного
торможения в сходе, главным образом, препятствует умышленное искажение
119

реальных обстоятельств машинистами поездов, потерпевших
крушение, либо работниками депо, к которым приписаны локомотивы. По
данным экспертиз, часто машинисты сообщали после схода, что
экстренное торможение поезда они применили после того, как заметили
падение давления в тормозной магистрали. Тем самым с самого
начала расследование направлялось по ложному пути.
Почти во всех таких случаях назывались неверные параметры
расшифровки скоростемерных лент и скрывались истинные.
Неоднократно экспертам преподносились искусно подделанные ленты, либо они
"терялись" и вообще не предоставлялись.
Важнейшее значение при расследовании причин крушения или
аварии имеет правильное определение фактической скорости движения
поезда в момент схода. Необходимо иметь в виду, что иногда в
скоростемер, предусмотренный для регистрации скорости до 220 км/ч
на ленте соответствующего масштаба, вставляют ленту от
скоростемера, рассчитанного на 150 км/ч (рис. 9.10), т. е. масштаб в 1,47 раза
(220 : 150) увеличивается, а записываемая скорость во столько же раз
уменьшается. При расшифровке же ее в 1,47 раза не увеличивают.
Такой прием позволяет машинисту, например на участке с
установленной скоростью 50 км/ч (из-за слабого технического состояния
верхнего строения), вести одним локомотивом поезд массой 5000—5500 т,
используя на спусках и подъемах силы инерции, возникающие за счет
превышения скорости. В этих случаях истину определяют следующим
120

образом. На скоростемерной ленте выбирают участок протяжением
5—8 км с примерно одинаковой скоростью. Через крайние его точки
проводят вертикальные линии до пересечения с линией записи
времени и по ней находят время хода поезда по участку. Делением длины
участка на время хода получают фактическую скорость движения
поезда v = l/t. Очевидно, что она окажется в 1,47 раза больше
скорости, записанной писцом.
Приведем случай из практики. На одном из участков потерпел
крушение грузовой поезд массой 5550 т. При служебном
расследовании посчитали причиной крушения излом рельса по дефекту 79.
Исследование, проведенное при экспертизе присланного куска рельса,
показало, что к излому привела внезапно возникшая внешняя сила,
направленная изнутри колеи наружу.
По аналогии со схожими случаями, встречавшимися ранее при
экспертизах крушений, возникло предположение, что превышена
скорость. Однако скоростемерная лента в деле отсутствовала, поэтому
данное предположение нельзя было подтвердить. На запрос экспертов
ленту не представляли полгода. Затем прислали не оригинал, а
подделанную ленту с измененными параметрами. На это указывало
следующее. Вместо 61-километрового накола (пройденный поездом путь) на
ленте имелось 89 наколов, т. е. в 1,47 раза больше. При такой разнице
в наколах записанная на ленте скорость должна быть в 1,47 раза выше
фактической. В действительности же она равна ей. Расстояния между
километровыми наколами на разных отрезках ленты отличались
между собой в 1,5 раза и более (от 4,5 до 7 мм).
Так было доказано, что причина крушения связана не с путем, а с
режимами движения поезда, в частности, с превышением
установленной скорости за счет использования в скоростемере ленты другого
масштаба.
9.3. Основные требования к поездным тормозам
по обеспечению безопасности движения
При определении причины схода необходимо по скоростемерной
ленте проверить правильность и своевременность торможения поезда.
Грузовые вагоны оборудуются пневматическим тормозом (рис.
9.11), включающим в себя тормозную магистраль 7, соединительные
рукава и концевые краны 10, разобщительный кран 8, служащий
для отсоединения воздухораспределителя 5 от тормозной магистрали
или подсоединения к ней запасного резервуара 9 и тормозного
цилиндра 7, главную часть воздухораспределителя 4, его
магистральную часть 6 и стоп-кран 3. Между тормозным цилиндром и
воздухораспределителем установлен специальный прибор — авторежим
121

2, который автоматически изменяет давление в тормозном цилиндре
в зависимости от загрузки вагона.
При приведении тормозов в действие понижают давление в
тормозной магистрали (обычно краном машиниста), в результате чего
запасной резервуар, заполненный воздухом, сообщается с тормозным
цилиндром, не имеющим воздуха. Поршень тормозного цилиндра под
давлением воздуха перемещается из одного положения в другое и,
будучи соединенным через систему рычагов с тормозными колодками,
прижимает их к бандажам колес. Силой прижатия колодок к
бандажам определяются характер торможения (тормозной путь) и,
следовательно, тормозные силы.
Зарядное давление, кгс/см , в тормозной магистрали локомотива
или моторвагонного поезда устанавливается в зависимости от вида
поезда:
Электропоезд ЭР 4,5—4,8
Грузовой поезд с составом из порожних вагонов,
пассажирский поезд международного сообщения, в составе которого
следуют вагоны с воздухораспределителем западно-европейского
типа КЕ, Эрликон, ДАКО 4,8—5,0
Пассажирский, грузо-пассажирский, грузовой при наличии
в составе пассажирских вагонов с включенным автотормозом;
моторвагонный 5,0—5,2
Грузовой, в составе которого имеются груженые вагоны,
моторвагонный с грузовым авторежимом 5,3—5,5
Грузовой при затяжных спусках крутизной 0,018 и более;
грузовой, в составе которого имеются вагоны с
воздухораспределителем № 388 жесткого типа, а также грузовые поезда с тягой в
голове и числом осей более 350 при весе более 6000 тс, если при
зарядном давлении 5,3—5,5 кгс/см2 не обеспечено в тормозной
магистрали хвостового вагона зарядное давление
не менее 4,5 кгс/см2 6,0—6,2
Все поезда, отправляемые со станции, должны быть обеспечены
автоматическими и ручными тормозами из расчета единого
наименьшего тормозного нажатия на каждую колесную пару в соответствии с
Инструкцией по тормозам. Сумму тормозных сил всех колесных пар
122

Расчетный тормозной коэффициент характеризует степень
обеспечения поезда тормозными средствами. Для грузовых поездов со
скоростями движения до 90 км/ч v = 0,33, т. е. 33 тс на 100 т массы
поезда; для составов из порожних грузовых вагонов до 400 осей
(включительно/для скоростей движения до 100 км/ч включительно v = 0,55,
т. е. 55 тс на 100 т массы поезда; для пассажирских поездов при
скорости движения до 120 км/ч включительно (электропневматические
тормоза и чугунные, композиционные тормозные колодки) v = 0,6;
при скорости движения более 120 до 130 км/ч включительно v = 0,68;
при скорости более 130 до 140 км/ч включительно v = 0,78, а при
скорости более 140 до 160 км/ч включительно v = 0,8.
В новой Инструкции по эксплуатации тормозов
ЦТ-ЦВ-ЦЛ-ВНИИЖТ/277 от 16.05.94 г. некоторые отмеченные ранее
противоречия устранены. Приведем некоторые пункты из этой
инструкции.
10.1.2. Проверку действия автотормозов в пути следования
производить снижением давления в уравнительном резервуаре грузового
груженого поезда и одиночно следующего локомотива на 0,7—
0,8 кгс/см , в грузовых порожних, грузо-пассажирских и
пассажирских поездах на величину, установленную для опробования тормозов.
При этом локомотивный автоматический тормоз в грузовых поездах
отпустить.
123
поезда, оборудованных тормозами, называют тормозной силой
поезда, которая определяется по формуле:
Для чугунных колодок
для композиционных колодок
Отношение суммарной тормозной силы к весу поезда (mg)
называется расчетным тормозным коэффициентом v

При проведении проверки действия тормозов применять
вспомогательный и электрический тормоза на локомотиве во всех поездах
запрещается1
После появления тормозного эффекта и снижения скорости на
10 км/ч в грузовом груженом,- грузо-пассажирском, пассажирском
поезде и одиночном локомотиве и на 4—6 км/ч в грузовом порожнем
поезде произвести отпуск тормозов. Указанные снижения скорости
должны происходить на расстоянии, не превышающем
установленного местными инструкциями.
Отпуск тормозов после проверки в пути следования производить
только после того, как машинист убедится в их нормальном действии.
Если после первой ступени торможения начальный эффект не будет
получен в пассажирском поезде в течение 10 с, в грузовом порожнем
поезде длиной до 400 осей и грузо-пассажирском в течение 20 с, в
остальных грузовых поездах в течение 30 с, немедленно произвести
экстренное торможение и принять все меры к остановке поезда.
10.1.12. Если при следовании грузового поезда его скорость без
приведения машинистом в действие тормозов не снижается, но
появились признаки возможного разрыва тормозной магистрали (частые
включения компрессоров или быстрое снижение давления в главных
резервуарах после выключения компрессоров при неработающих
песочницах, срабатывание сигнализатора разрыва тормозной
магистрали с датчиком № 418), отключить тягу, перевести на 5—7 с ручку
крана машиниста в положение перекрыши без питания и наблюдать
за давлением тормозной магистрали.
Если после этого произойдет быстрое и непрерывное снижение
давления в тормозной магистрали или резкое замедление движения
поезда, не соответствующее влиянию профиля пути, произвести
служебное торможение, после чего ручку крана машиниста перевести в
III положение и остановить поезд без применения вспомогательного
тормоза локомотива, выяснить и устранить причину.
В случае повторного торможения поезда из-за самопроизвольного
срабатывания автотормозов в составе — произвести торможение и
отпуск автотормозов установленным порядком, довести поезд до
первой станции, на которой заявить о необходимости проведения
контрольной проверки автотормозов. Без выявления и устранения причин
самопроизвольного срабатывания автотормозов отправлять поезд с
этой станции для дальнейшего следования не разрешается.
10.1.13. В случае срабатывания ЭПК автостопа, а также
торможения пассажирского, почтово-багажного и грузо-пассажирского поезда
стоп-краном или вследствие разъединения их тормозной магистрали
1Здесь и далее в выдержках из Инструкции по эксплуатации тормозов
ЦТ-ЦВ-ЦЛ-ВНИИЖТ/277 курсив автора.
124

выполнить экстренное торможение порядком, указанным в п. 10.1.21
настоящей Инструкции.
10.1.20. При выполнении полного служебного торможения в один
прием снижать давление в уравнительном резервуаре на 1,5—
1,7 кгс/см . Этот вид торможения применять в исключительных
случаях при необходимости остановки поезда или снижения его скорости
на более коротком расстоянии, чем при выполнении ступенчатого
торможения.
10.1.21. Экстренное торможение во всех поездах и на любом
профиле пути применять только когда требуется немедленная остановка
поезда. Выполняется оно краном машиниста, а в случае
необходимости и комбинированным краном с ведущего или ведомых (при двойной
или многократной тяге) локомотивов. После перевода ручки крана
машиниста или комбинированного крана в положение экстренного
торможения привести в действие песочницу и вспомогательный тормоз
локомотива и выключить тягу, ручку крана машиниста или
комбинированного крана оставить в положении экстренного торможения, а ручку
вспомогательного тормоза — в крайнем тормозном положении до
полной остановки.
10.1.22. Во избежание резкого замедления движения локомотива
при применении крана вспомогательного тормоза и возникновения
больших продольно-динамических реакций в поезде на скоростях
50 км/ч и менее, тормозить этим краном при ведении поезда
необходимо ступенями, за исключением случая экстренной остановки.
При приведении в действие вспомогательного тормоза
пассажирских и грузовых локомотивов (кроме маневровых) избегать
систематических эффективных торможений с повышением давления в
тормозном цилиндре за один прием более чем до 1,5 кгс/см . Как правило,
служебное торможение вспомогательным тормозом с давлением более
1,5 кгс/см в тормозных цилиндрах локомотива при гребневых
тормозных колодках производить повторной ступенью после выдержки
давления в цилиндрах до 1,5 кгс/см в течение 0,5—1 мин.
Использовать вспомогательный тормоз для предотвращения бок-
сования локомотива запрещается.
10.1.26. При подходе к станции, запрещающим сигналом и
сигналом уменьшения скорости необходимо заблаговременно привести в
действие автотормоза и снизить скорость поезда так, чтобы не
допустить проезда установленного места остановки на станции,
запрещающего сигнала, предельного столбика, а сигнал уменьшения скорости и
место предупреждения проследовать со скоростью, установленной для
данного места. Скорость движения не должна превышать 20 км/ч на
расстоянии 400—500 м до запрещающего сигнала.
10.1.31. Поезда с локомотивами, оборудованными электрическим
тормозом, должны эксплуатироваться с обязательным использованием
этого тормоза... При этом тормозная сила не должна превышать
125

максимально допустимое значение по условиям устойчивости
подвижного состава в колее, по его прочности и воздействию на путь.
10.3.4. ...При необходимости применения полного служебного
торможения, а также в процессе регулировочных торможений при
следовании по спуску не разряжать тормозную магистраль до
давления ниже 3,8 кгс/см . Если по какой-либо причине при следовании
по спуску давление в тормозной магистрали будет ниже 3,8 кгс/см ,
остановить поезд, привести в действие вспомогательный тормоз
локомотива, после чего отпустить автоматические тормоза и
заряжать тормозную сеть на стоянке до начала движения поезда
(либо в течение 5 мин, если поезд удерживается вспомогательным
тормозом локомотива). Если давление в магистрали поезда оказалось
ниже 3,8 кгс/см в конце спуска, а по условиям профиля пути скорость
дальнейшего движения будет снижаться настолько, что потребуется
произвести отпуск автотормозов и за время до следующего
торможения можно осуществить подзарядку тормозной сети до
установленного давления, то поезд останавливать для подзарядки
автотормозов не требуется.
10.4.1. При следовании по спуску машинист не должен допускать
превышения установленной для данного участка скорости.
Если скорость может увеличиваться более установленной,
обязательно применить автотормоза и после снижения скорости отпустить
их с таким расчетом, чтобы въезжать на подъем с отпущенными
тормозами и максимально допустимой скоростью.
Из приведенных выдержек из новой Инструкции по тормозам
видно, что одно из условий правильного управления тормозами
машинистом — это соблюдение плавности торможения. Как правило,
оно должно быть ступенчатым. Полного служебного торможения
поезда снижением давления на 1,5—1,7 кгс/см Инструкция
рекомендует избегать, так как при таком торможении в поезде возникают
большие продольные усилия. Экстренное торможение должно
применяться в исключительных случаях, когда требуется немедленная
остановка поезда.
К сожалению и в новой Инструкции ЦТ-ЦВ-ЦЛ-ВНИИЖТ-277
имеются нечеткие формулировки, позволяющие неоднозначно их
толковать, а также некоторые противоречия, которые будут существенно
затруднять служебное расследование причин крушений и аварий
поездов. Так, например, в пунктах 10.1.20, 10.1.21 и 10.1.22 в отличие от
старой Инструкции более категорично записано, что полное
служебное (в один прием) и экстренное торможение, а также торможение с
глубокой разрядкой давления в один прием вспомогательным
локомотивным тормозом следует применять в исключительных случаях. Если
бы еще были четко сформулированы эти исключительные случаи или
случаи, когда требуется немедленная остановка поезда экстренным
торможением, то проблем при служебном расследовании причин
126

схода колес с рельсов было бы значительно меньше. Из практики
экспертиз материалов крушений и аварий поездов хорошо известно,
что машинист, создавший аварийную ситуацию использованием
указанных видов торможения, всегда может обосновать свою правоту
ссылаясь на указанные пункты Инструкции, так как в ней нет четкого
определения, что такое исключительные случаи и когда требуется
немедленная остановка поезда.
В пункте 10.1.2 записано жесткое требование к машинисту
немедленно произвести экстренное торможение, если при проверке
тормозов в пути следования после первой ступени торможения начальный
эффект не будет получен, например, в грузовом порожнем поезде
длиной до 400 осей в течение 20 с, в остальных грузовых поездах в
течение 30 с. А если указанный эффект будет получен на секунду
позже? Необоснованность и даже вредность этого жесткого
требования очевидна. Ведь могут быть случаи, что впереди подъем и поезд
сам по себе остановится или его можно остановить другими видами
торможения. Зачем же требовать от машиниста во всех подобных
случаях создавать аварийную ситуацию.
В пункте 10.1.13 также необоснованно записано жесткое
требование к машинисту выполнить экстренное торможение при
разъединении тормозной магистрали. Опыт автора по экспертизе материалов
крушений и аварий поездов (см. п. 6.3) свидетельствует, что
машинисты часто запутывают служебное расследование, объясняя применение
экстренного торможения разъединением (разрывом) тормозной
магистрали. На скоростемерной ленте не всегда представляется
возможным это проверить. Но главное нет никакой необходимости в такой
записи. Кроме вреда она ничего не дает. Ведь поезд после
разъединения магистрали можно остановить служебным ступенчатым
торможением. У автора закрадывается мысль, что разработчики новой
Инструкции указанную запись в пункте 10.1.13 о необходимости
экстренного торможения специально оставили, чтобы у машинистов была
лазейка для обоснования своих неправильных действий при
торможении поездов. Других объяснений нет.
Не ясно почему в пункте 10.1.31 указание, что тормозная сила не
должна превышать максимально допустимое значение по условиям
устойчивости подвижного состава в колее, по его прочности и
воздействию на путь, отнесено только к поездам с локомотивами,
оборудованными электрическим тормозом. А при локомотивах, не
оборудованных электрическим тормозом, разве указанное требование не
должно выполняться? Необходимо разослать на линию
дополнительные разъяснения к Инструкции ЦТ-ЦВ-ЦЛ-ВНИИЖТ/277 с учетом
указанных замечаний, а также с изъятием указания в пункте 10.4.1 о
необходимости въезжать на подъем после спуска с отпущенными
тормозами и с максимально допустимой скоростью. Это вредная
рекомендация, так как именно из-за ее выполнения в последние годы часто
127

происходят сходы колес с рельсов. Раз запрещено использовать
поездной тормоз, который фиксируется на скоростемерной ленте, то
машинисты в указанных местах используют вспомогательный
локомотивный тормоз, который не фиксируется на ленте.
10. МЕРЫ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ СХОДА КОЛЕС С РЕЛЬСОВ
10.1. Технические и технологические меры
по предотвращению схода колес с рельсов
по путейским причинам
Важнейшей мерой по предотвращению сходов является
выполнение всех требований, изложенных в инструкциях по текущему
содержанию, по обеспечению безопасности движения поездов при
производстве путевых работ и в других нормативных актах. Ниже
излагаются новые технические и технологические меры по предотвращению
наиболее распространенных в последние годы сходов из-за распора
колеи, излома рельсов в стыках по дефекту 52.1 и 53.1, выжимания
порожних вагонов в кривых из-за избытка возвышения и т. п.
1. Применение противораспорных костыльных подкладок к
рельсам Р65 и Р75 (рис. 10.1) с асимметричной относительно рельса и
увеличенной площадью опирания, предотвращающих сход колес с
128

рельсов из-за распора колеи и напрессовки снега, а также снижающих
возможность выжимания вагонов. Макетные образцы указанных
подкладок испытаны, рабочие чертежи, технические условия утверждены
ЦП МПС.
2. Установка шестидырных стыковых накладок к рельсам Р65 и Р75
с шарнирным опиранием на верхнюю часть шейки, предотвращающих
разрыв шейки рельсов по дефекту 52.1 и 53.1, а также повышающих
стабильность затяжки гаек стыковых болтов (см. п. 5.5).
3. Использование клинчатых подрельсовых и нашпальных
прокладок, позволяющих регулировать ширину колеи (в том числе и на
железобетонных шпалах) на величину ±12 мм без передвижки
подкладок относительно шпал за счет изменения подуклонки в пределах
допусков.
4. Создание фаски глубиной 1—1,5 мм на рабочем закруглении
головки новых рельсов наружной нити кривых R > 400 м (рис. 10.2),
позволяющей в 2—3 раза уменьшить отказы рельсов по дефекту 21 и
11 за счет передислокации контакта в среднюю часть поверхности
головки. Профильная шлифовка производится РШП на новых
рельсах (плетях) после укладки их в путь и в последующем фаска
возобновляется по мере ее "закатывания" или износа.
5. Разделение контакта подошвы рельса с резиновой прокладкой,
позволяющее предотвратить изломы бесстыковых рельсовых плетей
под поездами по дефекту 69.
6. Исключение необходимости весенней и осенней разгонки
зазоров в условиях резко континентального климата (Север, Сибирь,
Дальний Восток) на участках звеньевого пути с рельсами длиной 25 м
за счет затяжки гаек осенью до М = 60—100 кгс • м и отпуска весной
до М = 25 кгс • м.
7. Применение рельсов нового профиля Р65ННК и Р75ННК для
наружной нити кривых,
предотвращающих остроконечный накат гребня
колес, уменьшающих виляние тележек
в крутых кривых и снижающих в 2—
3 раза контактно-усталостные
повреждения (дефекты 21 и 11) (см. рис. 5.18).
8. Широкое применение способа
остановки роста внутренней поперечной
усталостной трещины в головке
рельса, которое заключается в разрядке
продольных сжимающих остаточных
напряжений вышлифовкой наклепа
над трещиной в зоне рабочего
закругления головки (рис. 10.3) с постанов- Рис 102 Схема шлифовки фаски
КОЙ (для страховки) шестидырных на- На рабочем закруглении головки
кладок на четыре крайних болта. На- новых рельсов
129

кладки размещают так, чтобы зона рельса с трещиной находилась в
средней части накладок. Указанный способ позволяет
эксплуатировать бесстыковые рельсовые плети с дефектом 21.2 без ограничения
скорости до плановой сплошной смены.
9. Ликвидация избытка возвышения наружного рельса в кривых
(см. гл. 7). Необходимо путейцам-руководителям и ревизорам (РБП и
УРБП) провести разъяснительную работу в дистанциях пути,
направленную на понимание того, что дефицит возвышения наружного
рельса в кривых затрудняет сход колес с кривых из-за вкатывания гребня
на рельс и распора колеи вследствие дополнительного пригруза
наружных колес через наружные скользуны. Избыток же возвышения
приводит к обезгрузке наружных колес и облегчению схода из-за
вкатывания гребня на боковую изношенную грань головки рельса и
из-за его раскантовки. Кроме того при дефиците возвышения
неизбежное продольное скольжение, обусловленное различием разности длин
наружного и внутреннего рельса с одной стороны и разности
развернутых длин кругов катания колес, следующих по наружному и
внутреннему рельсу, с другой, происходит по внутренней рельсовой нити,
а при избытке возвышения — по наружной. Поэтому ликвидация
избытка возвышения имеет большое значение не только для
предотвращения схода колес, но и для снижения интенсивности бокового
износа наружного рельса в кривых и гребней колес.
10.2. Меры по предотвращению аварийных ситуаций
из-за роста отношения Н/Р
На железных дорогах Франции, США, Канады в качестве одного
из основных нормируемых показателей безопасности движения колес
по рельсам является отношение Н/Р, где Я — горизонтальная
поперечная нагрузка от колеса на головку рельса (см. рис. 4.5), Р — верти-
130

кальная нагрузка от колеса на рельс. Для рельсов близких по весовой
категории к нашим Р65 при деревянных шпалах и костыльном
скреплении обычно для оценки обеспечения безопасности используют
неравенство
Н/Р< 0,4. (10.1)
Большинство сходов колес с рельсов в организованных поездах в
последние годы происходит под порожними или малозагруженными
вагонами (цистернами) в средней или хвостовой части поезда (более
60 %). Головная часть поезда (локомотив и несколько вагонов)
остаются на рельсах. Известно, что вертикальная нагрузка от колес
порожнего вагона в 4—5 раз меньше, чем от колес локомотива или
полногрузного вагона. Поэтому, если в пути возникает аварийное по
прочности место, то его должен выявить и создать аварийную ситуацию
локомотив, а не порожний вагон, находящийся в средней или
хвостовой части поезда. То же самое можно сказать и о вагоне. Если в его
ходовых частях было слабое место, то оно должно было проявиться,
когда этот вагон следовал в полногрузном состоянии, а не в
порожнем. Эти доводы позволяют утверждать, что указанные сходы колес
под порожними вагонами в средней или хвостовой части поезда не
связаны с недостаточной прочностью пути или вагонов, а
обусловлены повышенным отношением горизонтальной поперечной силы Я к
вертикальной Р.
Сход колес в средней или хвостовой части поезда, особенно под
порожними вагонами (цистернами), происходит из-за
сверхнормативного бокового воздействия гребней колес "шальной" тележки на
боковую грань головки рельса, обусловленного жестким (неплавным)
торможением поезда (см. гл. 4). При этом повышенные продольные
сжимающие поезд силы способствуют "шальной" тележке выискивать
слабое место в пути и создавать там аварийную ситуацию.
Основными причинами схода колес в средней или хвостовой
части поезда при его торможении являются: вкатывание гребня
обезгруженной тележки порожнего вагона на боковую грань головки
рельса; распор колеи на участках с деревянными шпалами и типовым
костыльным скреплением и сдвиг рельсошпальной решетки колесами
обезгруженной "шальной" тележки на участках с железобетонными
шпалами. Во всех перечисленных случаях первопричиной схода
является одновременное неблагоприятное сочетание трех факторов:
1) сверхнормативные продольные силы сжатия в поезде,
обусловленные жестким торможением и неблагоприятным сочетанием
профиля и плана линии; 2) наличие эксцентриситетов передачи
продольных сжимающих поезд сил — горизонтальных е и 5 и
вертикальных Δ1 и Δ2 (см. рис. 3.1); 3) наличие в поезде "шальной"
131

тележки, имеющей непараллельность осей, разность диаметров
кругов катания колес в колесной паре и т. п.
Сопутствующим фактором, способствующим сходу колес под
порожними вагонами в средней части поезда, особенно с повышенным
центром тяжести (цистерны, хопперы и т. п.), является избыток
возвышения в кривых, облегчающий вкатывание на наружный рельс
гребней колес, обезгруженных вследствие перевалки кузова на
внутренние скользуны (см. рис. 7.1) и раскантовку наружного рельса
(наклон наружу колеи). При этом способствует выжиманию порожних
вагонов в кривых с избытком возвышения и боковой износ головки
наружного рельса (см. рис. 4.5). Распространенной причиной схода не
только порожних, но и груженых вагонов в средней "и хвостовой части
поезда является накатывание подрезанного гребня "шальной" тележки
на торец неприлегающего острия остряка к рамному рельсу при
боковом износе рамного рельса у острия остряка более 6 мм. При этом
причина указанного накатывания гребня на торец остряка
обусловлена повышенным (сверхнормативным) прижатием гребней к боковой
грани переднего вылета рамного рельса при противошерстном
движении поезда на боковой путь. Такое усиленное прижатие гребней
обусловлено, как правило, прицельным торможением поезда
локомотивным вспомогательным тормозом на VI позиции. Причина —
стремление остановить поезд так, чтобы последний вагон не оказался за
предельным столбиком, а локомотив не проехал запрещающий
выходной сигнал. При этом сход происходит, как правило, во второй
половине длины поезда (см. п. 5.4).
Главными направлениями предотвращения указанных сходов
колес с рельсов являются: 1) реализация на практике необходимых
технических и технологических мер, исключающих возможность
возникновения в поезде при торможении сверхнормативных
квазистатических сжимающих сил (см. табл. 1.3); 2) своевременное выявление и
изъятие из обращения для обследования и ремонта "шальных" тележек
(см. гл. 4).
10.3. О необходимости перехода на рыночные
(экономические) методы управления
безопасностью движения поездов
На железных дорогах России пока еще не реализован переход на
рыночные (экономические) методы управления безопасностью
движения поездов. Если в целом на железных дорогах, особенно в
отношениях с клиентурой, рыночные (экономические) методы постепенно
осваиваются, то при служебных расследованиях причин схода колес с
рельсов остается аргумент силы, а не сила аргументов. Об этом
неопровержимо свидетельствуют приведенные факты ошибочных заключе-
132

ний. Величайшим анахронизмом является сохранение до сих пор
действующим указание (подзаконный акт) о тройке (НОД, УРБ и
транспортный прокурор), которая в течение 48 ч обязана вынести свой
вердикт о причинах схода (крушения или аварии). В последующем на
оперативных совещаниях и в приказах, как правило, дублируются
причины, изложенные в указанном вердикте, и без необходимых
обоснований наказываются (хотя и в административном порядке)
зачастую невиновные работники транспорта. В процессе следственных и
судебных разбирательств примерно в 50 % случаев причина схода,
определенная указанной тройкой, обоснованно отвергается. Многие
честные опытные работники транспорта, пройдя многомесячные, а
иногда и многолетние унижения следственных и судебных
разбирательств, признаются невиновными, но никаких денежных
компенсаций за моральный ущерб им не выплачивается.
Все указанные действия являются подзаконными,
противоречащими основному закону — Конституции Российской Федерации, а также
международным нормативным документам по правам человека,
которые Россия обязалась неукоснительно выполнять.
Что делать, как быть? Прежде всего необходимо привести в
соответствие с Конституцией РФ и международными нормативными
документами по правам человека соответствующие подзаконные акты
МПС по служебному расследованию причин схода колес с рельсов.
Любой работник транспорта не может считаться виновным в
крушении поезда, тем более с человеческими жертвами, пока суд не
признает его вину (презумпция невиновности).

//. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ И МЕХАНИЗМ ИНТЕНСИВНОГО
БОКОВОГО ИЗНОСА РЕЛЬСОВ И ГРЕБНЕЙ КОЛЕС
11. СОВРЕМЕННАЯ НАУКА О ФРИКЦИОННОМ ИЗНОСЕ (ТРИБОЛОГИЯ)
ПРИМЕНИТЕЛЬНО К БОКОВОМУ ИЗНОСУ РЕЛЬСОВ И ГРЕБНЕЙ КОЛЕС
В процессе движения подвижного состава возникает как
адгезивный, так и абразивный боковой износ рельсов и гребней колес.
Первый из них вызывает разрушения из-за схватывания контактирующих
поверхностей рельсов и гребней колес при их взаимном скольжении.
Эти разрушения связаны с изменением поверхностных слоев
вследствие существенной пластической деформации, окисления, отделения и
смещения частиц материала рельса и гребней колес. Адгезивный
боковой износ рельсов и гребней колес прогрессирует за счет
воздействия микронеровностей их поверхностей, удельного давления в
контакте скользящих поверхностей, температур в поверхностном слое,
относительного скольжения, а также способности материала к
образованию адгезивных микросоединений.
Абразивный боковой износ рельсов и гребней колес в зонах их
контактов характеризуется стачиванием частиц материала вследствие
воздействия абразивных частиц, а также вследствие воздействия (при
взаимном скольжении) шероховатой твердой поверхности гребня
колеса на боковую грань головки и наоборот. Типичным повреждением
поверхности боковой грани головки рельсов и гребня колеса при
абразивном износе являются бороздки и сильная деформация их
поверхностных слоев.
Из множества факторов, влияющих на фрикционный боковой
износ головки рельсов и гребней колес, основными (определяющими)
являются два:
1) скольжение гребня по боковой грани головки рельса. (Нет
скольжения — нет фрикционного износа);
2) удельное давление гребня на боковую грань головки рельса,
определяемое делением силы прижатия гребня на площадь его
контакта с рельсом. (Нет давления гребня на боковую грань головки — нет
их износа).
Дополнительными факторами, влияющими на боковой износ
головки рельсов и гребней колес, являются:
свойства стали колес и рельсов, их химический состав,
микроструктура; шероховатость и твердость поверхностного контактирующего
слоя, определяющих сопротивляемость сжимающей нагрузке и
растягивающим силам трения;
134

угол наклона гребня бандажа \|/, определяемый типом профиля и
степенью износа гребня;
положение колесной пары в рельсовой колее, которое
характеризуется углом набегания а;
радиус кривой;
коэффициент трения между гребнями бандажа колеса и боковой
внутренней гранью головки рельсов;
смазывание гребней или рельсов;
загрязнения и повреждения поверхностей гребней и боковой
внутренней грани головки рельсов;
атмосферные условия (температура, влажность).
Почему скольжение гребня колеса по боковой грани головки
рельса является основным (определяющим) фактором их износа? Ответ на
этот вопрос следует из рис. 11.1. При прочих равных условиях, чем
больше путь скольжения l, тем больше износ Δh детали I,
перемещаемой по детали 2. Влияние пути скольжения на износ детали 1
очевидно. Нет скольжения — нет износа. Значит, углубленное изучение
скольжения гребней колес по боковой грани головки рельсов и
факторов, влияющих на указанное скольжение, является главным
направлением научных исследований по решению проблемы бокового износа
135

рельсов и гребней колес. К сожалению, до настоящего времени в
необходимом объеме такие исследования не проводились ни в России,
ни за рубежом.
Рис. 11.1 и 11.2 заимствованы из книги "Основы расчетов на трение
и износ" (авторы: И. В. Крагельский, М. Н. Добычин, В. С. Комбалов.
М.: Машиностроение, 1977). На этих рисунках наглядно показаны
исходные положения современной теории трения и фрикционного
износа твердых деформируемых тел при их взаимном скольжении.
Износ детали 1 прямо зависит от пути скольжения /. Чем больше /, тем
больше износ АЛ. Поэтому боковой износ рельсов и гребней колес
прямо зависит от пути их взаимного скольжения. Чем больше путь
скольжения гребней колес по боковой грани головки рельса, тем
больше ее износ и износ гребней, т. е. тем интенсивнее изнашиваются
контактирующие поверхности.
Рассмотрим основные положения физической сути процессов,
происходящих в контакте гребня колеса с боковой гранью головки рельса
при их взаимном скольжении. Если увеличивать силу Г, приложенную
к телу 1 (см. рис. 11.1, а), то смещение этого тела (точки приложения
силы Т) относительно тела 2 происходит по схеме, показанной на рис.
11.1, б. Сначала на отрезке 00\ происходит квазиупругое смещение
тела 1 (в точке приложения силы 7) относительно тела 2. Термин
"квазиупругое смещение" означает, что после снятия нагрузки в
пределах смещения 00\ тело 1 практически возвращается в исходное
положение (остаточное перемещение ничтожно мало). В точке А
происходит срыв (скольжение) тела 1. При этом сила трения Т в точке А
достигает максимума Т\. После срыва, сила трения Т\ уменьшается до
точки А\. Далее происходит скольжение при постоянной силе трения
Т2 Износ АЛ тела 1 пропорционален пути скольжения l.
Если обозначить общий путь взаимного перемещения гребня
колеса относительно боковой грани головки рельса через ОО2, то доля
квазиупругого перемещения OO1 зависит от многих факторов, но в
любом случае мала по сравнению с 002. Эта доля тем меньше, чем
меньше коэффициент трения (смазка) и чем тверже материал
контактирующих тел. При наличии смазки и наклепа на поверхности
головки рельса и гребне колеса доля OOi становится ничтожно мала по
сравнению с 002.
Исходя из классических представлений современной теории
трения и износа в процессе длительной эксплуатации при наличии
скольжения гребней колес по боковой грани головки рельса
формируется равновесная шероховатость контактирующих поверхностей
(рис. 11.2). При этом в случаях отсутствия микронеровностей
(зона I) они постепенно образуются и увеличиваются за счет
адгезивного износа (схватывания металла) до размеров,
соответствующих равновесной шероховатости. При наличии микровыступов
на поверхности контактирующих поверхностей происходит их сгла-
136

живание (зона II). При существенных микровыступах (неровностях)
на боковой грани головки рельса и (или) рабочей поверхности
гребней колес происходит микрорезание металла (вершин выступов)
(зона III).
Современная теория трения и износа свидетельствует, что во всех
рассмотренных случаях в процессе длительной эксплуатации
шероховатость контактирующих поверхностей постепенно изменяется от
первоначальной к равновесной. В местах, где первоначальная
шероховатость близка к равновесной размеры микровыступов в процессе
эксплуатации практически не изменяются.
Коэффициент трения гребня колеса по боковой грани головки
рельса l существенно зависит от шероховатости контактирующих
поверхностей. Минимальное его значение имеет место при равновесной
шероховатости, а максимальное — в местах схватывания металла
(отсутствия микровыступов) и в местах микрорезания металла. Из
графика на рис. 11.2, а видно, что если бы поверхность головки рельса
и гребней колес была бы абсолютно ровной (без микровыступов
шероховатости), то вследствие схватывания металла рельса и гребней
коэффициент трения ƒ был бы примерно вдвое больше, чем при
равновесной шероховатости, и несколько выше даже, чем при
значительных микровыступах, когда реализуется микрорезание. Другими
словами, в процессе эксплуатации проявляется закономерность изменения
шероховатости контактирующих поверхностей головки рельса и
гребней колес к так называемой равновесной шероховатости: в местах, где
микровыступов не было, они появляются, а где микровыступы были
больше, чем при равновесной шероховатости, они уменьшаются до
размеров, соответствующих равновесной шероховатости.
Рис. 11.2. Схема
формирования равновесной
шероховатости (а) и формы
выступов после приработки
поверхностей (б):
/ — зона схватывания; // —
зона абразивного износа; /// —
зона микрорезания; / —
коэффициент трения
137

Физический смысл этого явления состоит в стремлении снижения
коэффициента трения, минимум которого имеет место при
равновесной шероховатости. Размер микровыступов, соответствующих
равновесной шероховатости, зависит от многих факторов: удельного
давления в зоне контакта, твердости металла, смазки, температуры,
скорости скольжения и т. п. Однако самым главным фактором является
скольжение гребней колес по боковой грани головки рельса. Нет
скольжения — нет их фрикционного износа.
В результате многолетних исследований такие виды скольжения,
как псевдоскольжение, именуемое "крипом", скольжение,
обусловленное взаимным верчением контактирующих поверхностей, именуемое
"спином", и поперечное скольжение признаны нами малозначимыми в
формировании бокового износа рельсов и гребней колес. Основными
в этом отношении являются следующие два вида скольжения:
неизбежное круговое скольжение прижатого гребня колеса по
боковой грани головки рельса при двухточечном их контактировании;
продольное скольжение колеса по рельсу, обусловленное
различием между разностью длин наружной и внутренней рельсовой нити в
кривой и между разностью развернутых длин кругов катания колес,
следующих по наружной и внутренней рельсовой нити кривой.
12. КРУГОВОЕ СКОЛЬЖЕНИЕ ГРЕБНЕЙ КОЛЕС ПО БОКОВОЙ ГРАНИ
ГОЛОВКИ РЕЛЬСА
12.1. Методика и результаты расчета пути
кругового скольжения гребней колес по боковой грани
головки рельса
Специфической особенностью железнодорожного транспорта
является наличие гребней на колесах. Гребни контактируют с боковой
гранью головки рельса, как правило, в точке более удаленной от оси
вращения колесной пары, чем бандаж (обод) контактирует с верхом
головки. Радиусы указанных контактов совпадают только в частном
случае при одноточечном контактировании колес с головкой рельса.
Доля таких контактов не превышает 30 %. Вследствие различия
радиусов контактирования с головкой рельса бандажа и гребня неизбежно
круговое скольжение гребня колеса по боковой грани головки рельса.
На прямых участках пути колесные пары исправной тележки при
следовании поезда в режиме тяги или выбега, как правило, находятся
в сцентрированном положении, когда зазор между гребнем и боковой
гранью головки правого и левого рельса одинаков. При следовании
поезда в режиме торможения, вследствие действия в автосцепках про-
138

дольных сил сжатия, вагоны устанавливаются в зигзагообразное
положение. При этом тележки следуют с прижатыми гребнями к боковой
грани головки рельсов, в том числе и на прямых участках.
У "шальных" же тележек, доля которых в грузовых поездах
составляет примерно одна-две из тысячи проходящих тележек, гребни
прижаты к боковой грани головки одного рельса постоянно, в том числе
и при следовании поезда в режиме тяги и выбега.
В кривых R < 1000 м гребни первых по ходу колесных пар тележек
практически всегда прижаты к боковой грани головки, в том числе и
у исправных тележек. Иногда, особенно при торможении, и у вторых
по ходу осей тележек гребни прижаты к боковой грани головки
рельса, в том числе и на прямых участках. Все выше изложенное
установлено экспериментально с помощью приборов, имеющихся в
лаборатории динамики, прочности и нормативов пути ВНИИЖТа.
Из рис. 12.1, а видно, что если бы колесо катилось по кругу касания
гребня с боковой гранью головки, радиус которого р +Ар, то при
повороте колеса на угол β ось колеса переместилась бы на величину
l2= l1+ Δlр. Но поскольку колесо катится по кругу контакта обода с
верхом головки рельса, радиус которого р, т. е. меньше на Ар, то ось
колеса при повороте на тот же угол р переместится на величину l1 < l2.
139

Путь неизбежного кругового скольжения гребня по боковой грани
головки рельса за период поворота колеса на угол β
12.2. Анализ различия радиусов контактирования
обода колеса с верхом головки рельса
и гребня с боковой ее гранью
Различие радиусов кругов контактирования с головкой рельса
обода и гребня колеса (Ар) зависит от фактической подуклонки рельса
под колесом l : n и формы контактирующих поверхностей колеса и
рельса. В процессе эксплуатации статическая подуклонка постепенно
изменяется (особенно на участках с деревянными шпалами) за счет
неравномерного износа древесины шпал под наружными и
внутренними концами подкладок. В крутых кривых на дорогах России (особенно
на тормозных участках) происходит более интенсивный износ
древесины и прокладок под наружными концами подкладок, чем под
внутренними. Подуклонка постепенно изменяется от 1 : 20 до 1 : со и даже
к отрицательной, т. е. к полной разуклонке. Обусловлено это ростом
бокового воздействия колес на головку наружного рельса и тем, что
в России костыльные подкладки имеют меньшую, чем на зарубежных
дорогах, и симметричную относительно рельса площадь опирания. На
дорогах США, Канады, Японии и других стран наружный конец
140
Из формулы (12.1) следует, что путь кругового скольжения гребня
колеса по боковой грани головки рельса прежде всего зависит от
разности радиусов Ар кругов контактирования гребня и обода колеса
с головкой рельса и диаметра колеса d. Чем больше Ар и чем меньше
d, тем больше путь неизбежного кругового скольжения гребня колеса
по боковой грани головки рельса (рис. 12.1, б). Так, например, для
вагонных колес (d = 950 мм) при Δр = 15 мм путь кругового
скольжения при проследовании колесом с прижатым к головке рельса гребнем
100 м составляет ΔlР = 3,2 м. Этот вид скольжения является
превалирующим.

подкладок длиннее внутреннего на 19—20 мм и опорная площадь
подкладок больше.
Кроме изменения в процессе эксплуатации статической подуклон-
ки, фактическая (динамическая) подуклонка рельсов под колесами в
зависимости от соотношения боковой Н и вертикальной Р нагрузок
от колеса на рельс может существенно отличаться от статической,
особенно на участках с деревянными шпалами и костыльным
скреплением. Обусловлено это наклоном рельса боковой нагрузкой наружу
колеи с отрывом внутренней кромки подошвы от подкладок. Чем
больше боковая нагрузка Н и чем меньше вертикальная нагрузка Р,
тем больше наклон рельса под колесом с отрывом внутренней кромки
подошвы от подкладок. Значение Δр существенно зависит от
фактической (динамической) подуклонки рельса под колесом, которая
непрерывно изменяется по протяжению в зависимости от значения
статической подуклонки и соотношения сил Н/Р.
Вторым важнейшим фактором, определяющим значение Ар,
является фактическая форма (профиль) контактирующих поверхностей
катания колес и рельсов. Лабораторией динамики, прочности и
нормативов пути ВНИИЖТ были проанализированы фактические профили
поверхностей катания множества колес, поступающих в обточку ряда
депо (см. рис. 4.1), и фактических профилей поверхностей катания
головки рельсов, изымаемых из пути по боковому износу (см. рис. 5.6).
В результате анализа указанных профилей изношенных колес и
рельсов было сделано несколько обобщающих выводов:
1) из сотен фактических профилей изношенных колес нелья
обнаружить полностью совпадающие профили даже при одинаковом
износе (прокате) по среднему кругу катания;
2) из сотен фактических профилей изношенной головки рельсов в
разных кривых и даже в одной кривой в сечениях, отстоящих друг от
друга на 10 м и более, нельзя обнаружить полностью совпадающие
профили даже при одинаковом боковом износе на уровне измерения
ширины колеи;
3) если до середины 80-х годов максимум проката (износа) колес
находился в средней части поверхности катания обода (см. рис. 4.2, я),
то после середины 80-х годов максимум износа сместился к основанию
гребня (см. рис. 4.2, б) с интенсивным его подрезом (износом у
основания). Характерной особенностью износа колес в последнее
десятилетие является то, что при интенсивном подрезе гребня у одного
колеса колесной пары износ гребня другого колеса незначительный.
Указанные выводы имеют достаточное научное обоснование.
Все изложенное в данном пункте позволяет заключить, что
контактирование новых и изношенных колес с новыми и изношенными
рельсами нельзя оценивать в детерминированной постановке. Оно изменя-
141

ется во времени и по протяжению пути. Следовательно изменяется во
времени и по протяжению пути значение Ар.
Представляет практический интерес разделить великое множество
форм контактирования новых и изношенных (с разной степенью)
колес с новыми и изношенными рельсами при различной их
динамической подуклонке на три группы.
Первая группа — это контактирование новых колес с новыми
рельсами при нормальной (1 : 20) их подуклонке. Доля таких контактов в
современных условиях на дорогах России составляет 5—10 %. При
этом Δр = 5—8 мм (рис. 12.2, а).
Вторая группа — это контактирование изношенных колес с
новыми рельсами при нормальной (1 : 20) их подуклонке. Доля таких
контактов составляет 20—30 %. При этом Ар = 0 (рис. 12.2, б).
Третья группа — это контактирование изношенного колеса с
подрезом гребня с изношенным
рельсом. Доля таких контактов
составляет 60—75 %. При этом
Δр = 8— 25 мм (рис. 12.2, в).
Это грубое деление, потому
что и в первой группе при от-
жатии гребнем головки рельса
с его наклоном
(динамической разуклонке) может
возникать одноточечное
контактирование по схеме, показанной на
рис. 12.2, б, а при схеме на рис.
12.2, в может возникать качение
гребнем с отрывом обода от
верха головки (см. рис. 4.5, а)
особенно на участках с
деревянными шпалами и костыльным
скреплением. На участках с
железобетонными шпалами и
скреплением КБ качение гребнем
по полке без контакта обода
тоже возможно (см. рис. 4.5, б),
но при значительно большей
боковой силе вследствие
невозможности наклона рельса с отрывом
внутренней кромки его подошвы
от подкладок.
142

12.3. Оценка влияния на путь кругового скольжения
гребня колеса по боковой грани головки рельса
угла набегания а
Формула (12.1) справедлива для расчета пути кругового
скольжения Д/р гребня при любом угле набегания колеса на рельс а. Влияние
угла набегания на Δlр проявляется через влияние а на Ар. При а = О,
т. е. при радиальном расположении колесной пары в колее, Ар
определяется различием радиусов кругов контакта обода и гребня с
головкой рельса, измеренных в одной плоскости, проходящей через ось
колесной пары и точку контакта обода с верхом головки рельса. При
а > 0 контакт гребня с боковой гранью головки опережает на
величину z контакт обода с верхом головки (рис. 12.3). Поэтому радиус круга
контакта гребня с боковой гранью головки р + Δр измеряется в
плоскости, проходящей через ось колесной пары и точку контакта гребня.
Эта плоскость смещена на уровне контакта гребня с боковой гранью
головки рельса на величину забега г.
Оценка влияния угла а на забег z, а следовательно и на путь
кругового скольжения гребня Δlр является сложной задачей.
Теоретически она для всех вариантов контактирования новых и изношенных
колес с новыми и изношенными рельсами не решена. Найдено
решение только для одного частного случая контактирования с новым
рельсом гребня только в зоне прямолинейного участка образующей
Рис. 12.3. Схема образования забега г при контактировании нового колеса с новым
рельсом (значение а увеличено для наглядности):
/ — круг контакта обода; 2,3 — направление скольжения соответственно кругового и продольного;
4 — направление движения колеса; 5 — горизонтальный срез гребня по А В
143

гребня. У нового вагонного колеса эта зона по вертикали не
превышает 16 мм. Тогда
У изношенного колеса образующая наклона гребня, как правило,
имеет криволинейную форму, где указанное решение неприемлемо.
Повторяем, что формула (12.2) справедлива только при
двухточечном контактировании в зоне прямого участка образующей
наклона гребня и только при новом рельсе (рис. 12.4). Доля таких
форм контактирования, как отмечалось ранее, составляет 5—10 %.
Остальные 90—95 % имеют форму контактирования, показанную
на рис. 12.2, б, в.
Однако влияние угла набегания а на путь кругового скольжения
гребня по боковой грани головки рельса является максимальным в
144

указанной зоне, т. е. именно в области действия формулы (12.2).
Обусловлено это тем, что при этом точка контакта 2 гребня с боковой
гранью головки рельса (см. рис. 12.3) с увеличением z смещается по
направлению движения по прямой линии, перпендикулярной радиусу
р при z = 0. Поэтому радиус круга смещенного контакта гребня с
боковой гранью головки рельса при z > 0 является гипотенузой
прямоугольного треугольника, катетами которого являются р + Δр и г
(см. рис. 12.4). При этом Δpz при z > 0 больше, чем Δр при z = 0:
145
В табл. 12.1 и на рис. 12.5 представлены результаты расчетов по
формулам (12.1) и (12.3) пути Δlр кругового скольжения гребня
вагонного колеса (р = 475 мм) по боковой грани головки рельса на
протяжении L = 100 м в зависимости от забега z.
Итоговая формула для определения пути кругового скольжения в
зависимости от угла набегания а и угла наклона гребня Ψ для новых
рельсов имеет вид:
Для рельсов с изношенной боковой гранью головки при
увеличении угла набегания а контакт гребня смещается вверх с увеличением
z. При этом путь кругового скольжения А/р увеличивается с ростом
а меньше, чем при новых рельсах. При наклоне изношенной
боковой грани головки рельса на угол близкий к углу наклона
образующей гребня круговое скольжение А/р может быть даже меньше, чем
при а = 0.
Таблица 12.1

12.4. Анализ фактических углов набегания а
на дорогах России
Если в процессе движения происходит касание боковой грани
головки рельса только одним гребнем тележки, то указанное касание в
плане происходит под некоторым углом а, называемым углом
набегания. Измерение или определение косвенным путем угла набегания
гребня колеса на рельс непосредственно в пути, под движущимся
экипажем, связано с большими экспериментальными трудностями.
Если эти измерения производить только на отдельных колесах, то и в
этих случаях необходимо довольно громоздкое оборудование тележек
и вагонов электропрогибомерами, базовыми линейками,
регистрирующей аппаратурой, электропитанием, средствами коммуникации и
т. п. Не исключая целесообразности подобных экспериментов для
определенных целей, они неприемлемы для анализа статистического
распределения углов, характеризующего состояние и "поведение"
серийных вагонов в общесетевом вагонном парке, а также для
выявления каких-то особенностей или ненормальностей в движении тележек,
которые, возможно, могут оказывать существенное или решающее
воздействие на процессы износа, несмотря на относительно небольшое
число таких тележек или вагонов.
В данном излагаемом исследовании применялся метод
инструментальной регистрации угла перекосного положения тележки в колее с
146

помощью приборов ОПГ (отметчика положения гребня колеса
относительно боковой грани головки рельса), которые достаточно
мобильны — их легко устанавливать в любом сечении пути (кривой), на
любом рельсе.
С помощью прибора ОПГ легко определяется угол между рельсом
и линией, соединяющей отпечатки на бумажной ленте двух смежных
колес в тележке.
Угол, измеренный между плоскостью гребня и хордой наружного
рельса, длиною равной базе вагонной тележки, практически мало
отличается от "классического" угла набегания гребня, измеряемого, в
принципе, от касательной к рельсу в точке контакта гребня и колеса.
Во всяком случае для практических целей данного исследования
массового влияния разных колес и тележек на интегральный эффект
износа рельса и колес это допущение отрицательного значения не имеет.
С другой стороны, массовые измерения этих углов благодаря
мобильности аппаратуры и оперативности получения информации дают
возможность увидеть некоторые особенности в "поведении" однотипных
тележек в одной и той же кривой. Анализ таких особенностей может,
с одной стороны, помочь глубже проникнуть в процессы износов, а с
другой стороны, — вскрыть причины этих особенностей и предложить
меры или хотя бы направления для поиска мер снижения
отрицательного влияния указанных особенностей. К числу таких особенностей
можно отнести следующие.
Как известно, угол набегания колес на наружный рельс в кривой,
для одной и той же конструкции экипажа, скорости движения, силы
тяги и т. п. в принципе, по геометрическим построениям и расчетам,
"должен" быть адекватным радиусу этой кривой (т. е.
характеризоваться определенной средней величиной и естественной, но
относительно небольшой дисперсией). В действительности же выясняется
(благодаря многочисленным измерениям с помощью прибора ОПГ,
проведенным на железных дорогах сети и особенно на
экспериментальном кольце ВНИИЖТ, где однотипные и одинаково загруженные
вагоны обращаются постоянно с одинаковой скоростью), что
отклонения углов набегания от среднего значения в одних и тех же кривых
превышают это значение не на какие-то доли, а в несколько, в 3—5
раз. Для иллюстрации, на рис. 12.6 и 12.7 показаны некоторые
полигоны частот распределения углов набегания, полученные на дорогах
и на экспериментальном кольце в разное время. Каждый полигон
содержал около 400 точек наблюдений.
Причина такого большого разброса углов пока неясна. Возможно,
что результат непараллельности осей, неравномерного износа колес
одних и тех же колесных пар, заклинивания между собою скользунов
вследствие неравномерного распределения груза по ширине кузова и
возникновения поэтому препятствия повороту тележки, или нечто
другое. Во всяком случае, уже по полученным материалам можно сделать
147

предварительный, но так сказать лежащий на поверхности вывод о
том, что тележки, которые движутся в колее под углами, не
"соответствующими" кривизне данного участка, могут более интенсивно
влиять на процессы износа рельсов и своих колес.
Если рассмотреть тележку как движущийся по кривой жесткий
прямоугольник (рис. 12.8), то по расчету угол набегания а зависит
(табл. 12.2) от радиуса кривой R и зазора 5 между гребнем второй по
ходу оси тележки ri боковой гранью наружного рельса.
148

149

Приведенные на рис. 12.6 и 12.7 и в табл. 12.2 и 12.3 данные хорошо
согласуются между собой, а также с ранее полученными в
аналогичных условиях величинами. Так, углы набегания колесных пар
грузовых вагонов на наружный рельс в кривом участке пути R = 218 м,
измеренные на Канадской Тихоокеанской железной дороге при
помощи лазерной измерительной системы, составляли от 15' до 60' для
передних и от 3' до 30" для задних по ходу движения колесных пар
тележек. Нами в 1991 г. тоже были проведены аналогичные
эксперименты в кривой R = 392 м. Результаты близки к указанным. Угол а
не превышает во всех случаях 60'.
12.5. Оценка направления кругового скольжения
в точке контакта гребня с боковой гранью головки рельса
При z = 0, т. е. при а = 0 направление (в вертикальной плоскости)
касательной к кругу скольжения гребня в точке его контакта с
боковой гранью головки рельса совпадает с направлением рельса. При
а > 0 угол у между плоскостью верха головки рельсов и касательной к
кругу скольжения гребня в точке его контакта (см. рис. 12.3)
определяется по формуле
Результаты расчетов угла у направления кругового скольжения
гребня колеса относительно боковой грани головки рельса в
зависимости от угла набегания а при различном угле наклона гребня Ψ
150
После подстановки в эту формулу z из выражения (12.2) получим
формулу для определения направления кругового скольжения гребня
в зависимости от угла набегания а и угла наклона гребня Ψ:

представлены на рис. 12.9. Рис.
12.10 иллюстрирует направление
кругового скольжения гребня по
боковой грани головки рельса
при ά > 0.
Из представленных
материалов видно, что угол у отклонения
в вертикальной плоскости
касательной кругового скольжения в
точке контакта гребня от
направления рельса тем больше, чем
больше а и Ψ. Так, например, при
ά = 1° и Ψ = 60° у = 1°44', а при
ά = 2° и Ψ = 70° у = 5°30'.
В гл. 14 при анализе
совместного влияния на боковой износ
рельсов и гребней колес кругового и продольного скольжения гребня
будет показана важная роль в этом влиянии направления кругового
скольжения, т. е. угла у, а значит и угла набегания а, а также угла
наклона гребня Ψ. Все изложенное относится только к круговому
скольжению гребня по боковой грани головки нового рельса. А
какова роль угла набегания а при контактировании гребня с изношенной
боковой гранью головки?
12.6. Влияние угла набегания ά на круговое
скольжение гребня по изношенной боковой грани
головки рельса (остряка)
Как уже отмечалось, формулы (12.2) — (12.6) справедливы только
для случаев контактирования гребней колес с новым рельсом при
постоянной подуклонке (отсутствии динамической разуклонки под
колесами), когда при увеличении забега контакт 2 (см. рис. 12.10) не
изменяет своего положения по вертикали. При наличии бокового
износа головки рельса и при динамической разуклонке рельса контакт
гребня с боковой гранью головки при увеличении забега г смещается
не только вперед по направлению движения, но и вверх (рис. 12.11).
Теоретически в детерминированной постановке задача оценки
Δlр = ƒ(ά) в этих условиях не решена.
При контактировании гребня колеса с изношенным рельсом за
пределами конусной образующей (у вершины гребня), т. е.
сферической частью, крутизна кривой контура горизонтального сечения
гребня через точку контакта значительно больше. В этом сечении
с приближением к вершине гребня указанный контур менее вытянут
151

вдоль рельса и приближается к окружности у самой вершины гребня.
Влияние угла набегания а на забег z при этом резко снижается.
Другими словами, с увеличением износа гребня у его основания,
что приводит к контактированию изношенного рельса (с боковым
износом более 8 мм) с гребнем у его вершины, забег z значительно
меньше при набегании колеса на рельс, чем при контактировании
новых и малоизношенных колес с новыми и малоизношенными
рельсами.
Для экспериментальной оценки забега z в лаборатории динамики,
прочности и нормативов пути ВНИИЖТ изготовлен специальный
152

стенд, который позволяет экспериментально оценить размер забега
при различном износе колес и рельсов, а также при различной поду-
клрнке и при различном угле набегания колеса на рельс. Стенд
монтируется в двух масштабах: 1) при реальной ширине колеи с
реальными кусками рельсов и колес; 2) в макетном образце, размещаемом на
рабочем столе при использовании кусков натуральных изношенных и
неизношенных рельсов и колес.
Предварительные результаты исследования забега на указанном
стенде позволяют сделать следующие выводы.
1. При одноточечном контактировании колеса с наружным
рельсом кривых (см. рис. 12.2, 6) при существующих на дорогах России
углах набегания колес ά < 60' забег практически равен нулю. По
нашей экспертной оценке сейчас доля колес с одноточечным
контактированием по наружной нити кривых с учетом разуклонки
составляет около 30 %.
2. Если наружная нить кривых имеет нормальную подуклонку
1 : 20, то при контактировании нового колеса с новым рельсом
забег для вагонных колес не превышает 14,7 мм независимо от
радиуса кривой, возвышения и скорости качения колеса.
3. Уровень (по вертикали) контакта гребня с боковой гранью
головки при новом колесе и новом рельсе практически не меняется,
независимо от угла набегания.
4. Забег при изношенном рельсе, когда второй контакт с боковой
его гранью осуществляется у вершины гребня, значительно меньше
при любом угле набегания.
5. При увеличении подреза гребня (возрастания угла наклона его
рабочей поверхности), забег при контактировании с новым рельсом
увеличивается.
Установлено, что при наличии бокового износа головки рельса
с увеличением угла набегания ά, т. е. с увеличением забега z путь
кругового скольжения Δlр гребня колеса по боковой грани головки
рельса увеличивается меньше, чем при новом рельсе.
Обусловлено это тем, что контакт гребня с изношенной боковой гранью
с увеличением забега z смещается не только вперед по
направлению движения, но и вверх по сравнению с контактом при
ά = 0, т. е. при z = 0. Последнее происходит потому, что
изношенная боковая грань головки имеет криволинейную наклоненную
поверхность (см. рис. 12.11). Указанный наклон увеличивается при
динамической разуклонке рельсов, особенно на участках с
костыльным скреплением (см. рис. 4.5, а).
Итак, роль угла набегания а в круговом скольжении гребней колес
по боковой грани головки рельсов ничтожно мала. При новых рельсах
не превышает 5 %, а при изношенных боковых гранях головки
значительно меньше.
153

13. ПРОДОЛЬНОЕ СКОЛЬЖЕНИЕ КОЛЕС ПО РЕЛЬСАМ
13.1. Методика и результаты теоретического расчета пути
продольного скольжения колес по рельсам в кривых
В кривых участках пути наружная рельсовая нить длиннее
внутренней. Если обозначить расстояние между контактами обода колес
одной пары с внутренним и наружным рельсом в кривой через s,
радиус оси пути через R и центральный угол круговой кривой через
Ф (в градусах), то выражения для определения длины наружной LH и
внутренней LB рельсовой нити имеют вид:
Если бы колеса были цилиндрические, то из-за жесткой их насадки
на оси путь их неизбежного продольного проскальзывания по рельсам
Δll в кривых соответствовал бы различию длин наружной и
внутренней нити ур. Поскольку колеса конические с наклоном образующей
обода 1 : я, то у первой оси по ходу тележки, следующей с прижатым
к наружному рельсу гребнем, неизбежное (из-за жесткой насадки)
продольное скольжение одного из колес по рельсу меньше, чем различие
длин наружной и внутренней нити.
Оценим различие развернутых длин кругов катания конических
колес, следующих по наружной и внутренней рельсовой нити. Если
обозначить зазор между гребнем и боковой гранью головки рельса
154
Подставляя в указанные формулы выражение для
получим, что

Первый член правой части уравнения (13.3) определяет различие
длин наружной и внутренней рельсовой нити на протяжении кривой
L, второй — различие развернутых длин кругов катания наружного (с
прижатым гребнем) и внутреннего колеса на том же протяжении L
кривой. Результаты расчета по формуле (13.3) показаны на рис. 13.1.
Вторая по ходу колесная пара тележки, как правило, следует с
неприжатым гребнем к головке наружного рельса. Поэтому
продольное скольжение обода одного из колес второй оси тележки может даже
превышать различие длин наружной и внутренней рельсовых нитей,
если колесная пара смещена к внутреннему рельсу от
сцентрированного положения, т. е. если зазор 8 между гребнем колеса и боковой
гранью наружного рельса больше половины суммарного зазора для
обоих колес. Вторая по ходу ось тележки следует с прижатым гребнем
к головке наружного рельса кривых только при возникновении в
поезде значительных продольных квазистатических сил сжатия, т. е.
при жестком торможении (экстренном, рекуперативном, полном
служебном или торможении локомотивным тормозом на VI позиции).
155
при сцентрированном положении колесной пары в колее через 5
(суммарный зазор 26), радиус среднего круга катания колеса, следующего
по наружной нити, через рн, по внутренней — через рв, то для новых
колес с прямолинейным наклоном образующей обода 1 : п
развернутая длина круга катания за один оборот колесной пары

Из формулы (13.3) видно, что
путь продольного скольжения
колес из-за их жесткой насадки не
зависит от а.
Если R = 300 м, р = 475 мм
(новая вагонная колесная пара),
L=400 м, δ=8 мм (28=16 мм),
то ΔLl = ер — ек = 2093 —
— 673= 1420 мм. Путь
продольного скольжения Ml на
протяжении кривой L = 400 м
составляет 1420 м, т. е. почти
полтора метра одно из колес каждой
колесной пары скользит по
рельсу. Если в кривой дефицит
возвышения, т. е. если наружный
рельс нагружен колесами
больше, чем внутренний, то все
колеса будут скользить на
указанную величину по внутреннему
рельсу. Поскольку в этом случае
гребни к внутреннему рельсу не
прижаты, то при дефиците
возвышения изнашиваются от
продольного скольжения только верхняя часть головки рельсов по
внутренней нити кривых. Если же в кривой избыток возвышения,
т. е. если наружная нить разгружена за счет перегрузки внутренней,
то неизбежное продольное скольжение колес из-за их жесткой
насадки на оси происходит по наружной нити кривых. Поскольку к
наружной нити гребни большинства колес прижаты, то происходит
продольное скольжение гребней по боковой грани головки совместно
с их круговым скольжением.
На изношенных колесах значение п увеличивается до 200 и даже до
бесконечности. Поэтому для изношенных колес значение пути
неизбежного продольного скольжения Ml колес по рельсу в кривых
приближаются к приведенным выше значениям различия длин наружной
и внутренней рельсовой нити.
Для предотвращения продольного скольжения, обусловленного
различием между разностью длин наружного и внутреннего рельса в
кривых и разностью развернутых длин кругов катания колес,
следующих по наружной и внутренней рельсовой нити, необходимо, чтобы
соблюдалось равенство правых частей уравнений (13.1) и (13.2):
156

157

13.2. Методика экспериментальной оценки продольного
скольжения колес по наружному рельсу кривой
Наблюдать за продольным проскальзыванием колес
непосредственным, а не косвенным путем, т. е. измерять или регистрировать
инструментальными средствами удельное скольжение колеса
подвижного состава во время его непрерывного качения в реальных
эксплуатационных условиях чрезвычайно трудно. В принципе, основными
экспериментальными методами осуществления таких измерений могут
быть следующие:
1) измерения с помощью аппаратуры, устанавливаемой
непосредственно на подвижном составе, тележке, колесе;
158
Результаты расчетов по
формуле (13.3) представлены на рис.
13.2, а по формулам (13.9), (13.10)
и (13.12) на рис. 13.3, из которых
следует, что при жесткой насадке
колес на валу (оси) исключить
продольное скольжение колес по
рельсам невозможно. На рис. 13.2
хорошо видно, что с увеличением
ширины колеи при новых
колесах (п = 20) продольное
скольжение несколько снижается. При
изношенных же колесах, когда
п = 200 и тем более когда п = ∞,
никакого снижения скольжения
нет. Кроме того известно, что
при возникновении в поезде
продольных сжимающих сил
(тормозные участки), увеличение
ширины колеи приводит к увеличению горизонтальных боковых
нагрузок, прижимающих гребень колеса к боковой грани головки рельса
(рис. 13.4).

159

2) измерения с помощью аппаратуры, устанавливаемой на пути, на
рельсе;
3) одновременное (взаимно контролирующее) применение обоих
методов.
Каждый из первых двух методов имеет множество специфических
положительных и отрицательных особенностей. Можно лишь
упомянуть несколько основных. В первом методе можно достаточно точно
контролировать траекторию движения каждого колеса на рельсе,
поперечный профиль колеса и т. п. Но поскольку оборудование каждого
колеса сопряжено с немалыми техническими и организационными
трудностями (имеется в виду эксплуатационный вагонный парк),
количество наблюдаемых колес всегда ограничено, а их "поведение" на
рельсе в кривой может быть непредсказуемо связано со
специфическими особенностями тележки, вагона и т. п.
Второй метод имеет ряд противоположных предыдущему методу
качеств. Он намного дешевле и проще в организации. Более низкая
точность (получение количественных геометрических характеристик
проходящих колес на эксплуатируемых участках подчас очень сложно
или вообще невозможно) может для конкретных задач
компенсироваться возможностью более массовых измерений.
Третий метод, разумеется, компенсирует плюсы и минусы
предыдущих методов, но его еще более высокая стоимость и трудоемкость
требуют специального обоснования для применения.
В данной работе применен, "в порядке первого приближения",
второй из названных метод. Для его реализации в лаборатории
прочности и устойчивости пути ВНИИЖТа создан комплекс приборов,
устанавливаемых на пути и не связанных с колесами.
В принципе, метод состоит в следующем.
По концам мерного отрезка (базы) L на наружной рельсовой
нити (рис. 13.5) в выбранной кривой закрепляются (на наружной
боковой грани головки рельса) продольные шкалы-линейки 3, по-
160

добные нивелирным рейкам. На обод обследуемых колес наносится
меловая метка. При качении этих колес метка в нижнем положении
(в точке мгновенного центра вращения колеса) обязательно совпадает
с каким-то делением сначала на первой по ходу, затем на второй
шкале. Сравнение расстояния между этими делениями на шкалах
/ф с развернутой длиной /к качения колеса, сделавшего n оборотов
в пределах базы L, позволяет получить абсолютную величину
проскальзывания колеса.
Практическая реализация изложенного метода сопряжена с
немалыми трудностями, как в смысле оснащения аппаратурой, так и
последующей обработкой информации.
Для регистрации совпадения меток на колесах с делениями шкал
применены кинокамеры со скоростями съемки до 64 кадров в
секунду. Кинокамеры устанавливаются на расстоянии около 6 м от
рельса с тем, чтобы в пределах кинокадра помещалась вся шкала,
длиною 3,0 м. (На такой длине метка на колесе обязательно
совпадает с каким-то делением. В дальнейшей обработке это деление
прочитывается под микроскопом с точностью до 5 мм).
В предварительных опытах база L была выбрана длиною 30 м.
Для регистрации положения каждого колеса относительно рельса
в поперечном направлении устанавливаются на концах базы
приборы ОПГ, на бумажной ленте которых каждый гребень
проходящих (с любой скоростью) колес своей вершиной делает
отметку.
Для определения фактического круга качения каждого колеса
применены ленточные контактомеры. С их помощью через головку под
колесами непрерывно протягивается латунная лента, на которой
колесо оставляет четкий контактный отпечаток. Развернутая длина /к
качения колеса вычисляется на основании данных о положении
контактного отпечатка на головке рельса, положения гребня колеса
относительно головки рельса, поперечного профиля обода колеса и диаметра
среднего круга катания колеса (на стандартном расстоянии 70 мм от
наружной грани гребня). Поперечный профиль и диаметр колеса
фиксируются с помощью известных инструментов заранее, при нанесении
меток на колеса.
13.3. Анализ перераспределения износа рельсов
с внутренней на наружную нить кривых и снижения
за счет этого контактно-усталостных повреждений рельсов
Согласно официальной отчетности ЦЧУ МПС по сети в целом в
1985 г. началось и продолжается до настоящего времени значительное
перераспределение износа с внутренней (дефект 43) на наружную
(дефект 44) рельсовую нить кривых (табл. 13.1).
161

162

планом линии в течение последних десяти лет произошло еще более
существенное перераспределение -износа с внутренней на наружную
рельсовую нить кривых.
Необходимо отметить еще один важный факт снижения, начиная
с 1985 г., контактно-усталостных повреждений рельсов несмотря
на увеличение осевых нагрузок. До 1986 г. количество контактно-
усталостных отказов рельсов по дефекту 21 из года в год возрастало,
несмотря на увеличение доли термоупрочненных раскисленных по
новой технологии рельсов тяжелых типов, а начиная с 1986 г.,
снижается (табл. 13.2).
Так, если в 1982 г. отношение числа отказов рельсов всех типов по
дефекту 21 к отказам по дефекту 44 составляло 7,16 раза, а рельсов
Р65— 10,16 раза, то в последующие годы оно резко снижалось (рис.
13.7) и в 1995 г. доля отказов по дефекту 21 от отказов по боковому
износу (дефект 44) составила всего лишь 29 %. Другими словами, в
1991 г. число отказов рельсов всех типов в главном пути сети по
боковому износу возросло по сравнению с 1984 г. в 3,7 раза, а число
отказов по контактно-усталостным повреждениям головки снизилось
за этот же период в 1,87 раза.
И это произошло после повышения в 1985 г. осевых нагрузок с 235
до 257,5 кН. Объяснение указанного кажущегося парадокса для
путейцев общеизвестно — с ростом интенсивности бокового износа рельсов
снижаются их отказы по контактно-усталостным повреждениям.
Физическая суть этого явления была сформулирована автором еще
Таблица 13.2
Год
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
Отказы рельсов всех типов
по дефектам
21
50025
54503
53780
53904
54805
50350
49211
42230
35688
28740
16743
14169
12765
13748
12284
44
6991
9109
11522
13845
14864
21075
27754
31219
33317
23640
28722
29275
47631
37803
. шт..
21/44
7,16
5,90
4,68
3,96
3,39
2,34
1,52
1,14
0,86
0,71
0,49
0,44
0,29
0,33
Отказы рельсов Р65,
по дефектам
21
34711
38832
40450
40461
41664
38973
38659
33465
28694
23568
14944
12572
11444
12629
11377
44
3417
4790
5985
6620
8361
13358
21110
27216
28828
21772
26418
27361
43857
35692
шт..
21/44
10,16
8,44
6,76
6,29
4,66
2,89
1,59
1,05
0,82
0,69
0,48
0,42
0,29
0,32
163

в 1983 г. Кратко она состоит в
следующем. В верхней части
рабочего закругления головки
наружного рельса в кривых и в
прямых в процессе эксплуатации
возникают пластические
деформации металла. Поэтому
возникают и с ростом наработки
увеличиваются в этой зоне (на
глубине до 3—10 мм) остаточные
напряжения сжатия. Ниже
указанной глубины возникают и
постепенно увеличиваются с
ростом наработки
уравновешивающие напряжения растяжения.
Указанные растягивающие
напряжения по своей природе не
являются остаточными, а
относятся к категории
уравновешивающих. Поэтому после снятия
(разрядки) остаточных
напряжений сжатия в наклепанном слое
рабочего закругления головки
они исчезают. При боковом
износе головки рельса указанные
остаточные напряжения,
находящиеся в верхней части ее
рабочего закругления, снимаются. Значит одновременно исчезают и
уравновешивающие их растягивающие напряжения на глубине более
3—10 мм. В зоне перехода через ноль остаточных напряжений
сжатия в уравновешивающие их напряжения растяжения возникают
максимальные касательные напряжения, которые циклически
изменяются при проходе колес. Находящиеся ниже этой зоны
уравновешивающие растягивающие (вдоль рельса) напряжения являются
ответственными за поворот вниз (в зону действия уравновешивающих
растягивающих напряжений) усталостной продольной наклонной
трещины, т. е. происходит переход дефекта 11 в дефект 21.
После снижения интенсивности бокового износа рельсов, в том
числе и вследствие реализации рекомендаций, которые будут даны в
данной книге, следует ожидать неизбежного увеличения отказов
рельсов по контактно-усталостным дефектам 11 и 21. Другими словами
показанные на рис. 13.7 кривые отношения отказов рельсов по дефекту 21
к отказам по дефекту 44 изменят направление к своему исходному
положению в 1982 г. Это произойдет, если не будут реализованы
разработанные нами и всесторонне обоснованные технические решения по сни-
164

жению контактно-усталостных повреждений за счет
перераспределения местных контактных напряжений из зоны рабочего закругления в
среднюю часть поверхности катания головки (см. п. 10.1).
Значительное перераспределение износа с внутренней на наружную
нить, произошедшее за последние 10 лет, несмотря на обратное
перераспределение вертикальных сил (с наружной на внутреннюю
рельсовую нить), свидетельствует о необходимости кардинального
пересмотра необоснованного утверждения большинства публикаций по износу
колес и рельсов, что с увеличением возвышения износ наружного
рельса уменьшается из-за его разгрузки, а износ внутреннего рельса
увеличивается из-за его перегрузки. Такое утверждение ошибочно, так
как оно не учитывает перераспределения между внутренним и
наружным рельсами неизбежного продольного скольжения колес при
изменении возвышения, а базируется только на учете перераспределения
вертикальных сил (нет скольжения, нет фрикционного износа
независимо от величины сил).
Естественно, что с уменьшением интенсивности фрикционного
износа рельсов внутренней нити кривых и ростом бокового износа
рельсов наружной нити одновременно произошло такое же
перераспределение износа и колес: износ колес следующих по внутренней нити
кривых снизился, а следующих по наружной — возрос. Поскольку
большинство колес следуют по наружной нити с приближенным
гребнем к боковой грани головки, то возрос износ гребней и обода у
основания гребня за счет уменьшения износа колес, следующих по
внутренней рельсовой нити. Паре "колесо — рельс" по износу
присуща тесная положительная корреляция. После 1984 г. изменилась
форма износа колес. Если до 1985 г. максимум износа (проката) колес,
как правило, находился вблизи среднего круга катания, то начиная с
1985 г. максимум износа в большинстве случаев сместился к
основанию гребня и существенно возросла интенсивность износа гребней.
13.4. Типичные полигоны распределения значений
фактических скоростей движения поездов в кривых
Анализ множества скоростемерных лент, выполненный в течение
года, на одних и тех же кривых Юго-Восточной, Забайкальской и
Львовской железных дорог показал, что за срок службы рельсов
(Т = 350 - 500 млн. т брутто) на любой кривой разброс фактических
скоростей грузовых поездов распространяется от v = 0 (остановка
поезда) до v = 80 км/ч. На рис. 13.8 показаны наиболее типичные
полигоны распределения вероятностей фактической скорости поездов в
течение ресурса рельсов в кривой в наиболее характерных местах. В
кривых на однопутных участках перед входным сигналом
промежуточных станций указанный полигон распределения n(v) имеет двугор-
165

бую форму (см. линию 1). Обусловлено это тем, что часть поездов
принимается на боковой путь с пониженной скоростью; иногда поезда
останавливаются перед входным сигналом. Скорость этих поездов и
образует первый горб. Поезда, которые пропускаются по главному
пути без остановки, проходят со скоростями, которые образуют
второй горб линии 1.
Причины смещения по оси v модальных значений vmod для других
кривых распределения n(v) ясны из подрисуночной подписи.
Главный вывод, который можно сделать из приведенных графиков
для целей оценки влияния возвышения наружного рельса в кривых на
продольное скольжение гребней колес по боковой грани головки
наружного рельса, состоит в том, что на любой кривой за длительный
период эксплуатации между сплошной сменой рельсов неизбежно
возникают случаи следования поездов с минимальной (25 км/ч, 15 км/ч)
скоростью [даже близкой к нулю (остановка поезда)] по кривым с
максимальным возвышением наружного рельса, равным даже 150 мм.
13.5. Что такое избыток возвышения,
почему он образовался и как определить его значение?
Несмотря на то, что по расчету необходимого возвышения
наружного рельса опубликовано множество научных статей и книг, опыт
эксплуатации железных дорог России, осуществивших пятилетний
"грандиозный" эксплуатационный эксперимент по загрузке четырехосных
вагонов вместо 62 до 80 т с одновременным повсеместным снижением
скорости движения грузовых поездов по крутым кривых (R < 800 м)
почти вдвое без понижения возвышения, выявил необходимость
пересмотра существующих расчетов. Обусловлено это необходимостью
снижения интенсивности фрикционного бокового износа рельсов и
гребней колес, а главное — необходимостью предотвращения сходов в
крутых кривых (с боковым износом рельсов) порожних вагонов и преж-
166

де всего цистерн. Ведь такие сходы при весьма прочном и надежном
пути стали бедствием железных дорог России.
Чтобы ответить на вопрос, что такое избыток возвышения
наружного рельса в кривых, надо сначала определиться, что такое
нормальное возвышение.
С самого начала существования железных дорог практически во
всех странах мира нормальное возвышение наружного рельса в
кривых определяли из условия равенства суммарного вертикального
воздействия всех колес, проходящих за период между обновлениями
(капитальными ремонтами) верхнего строения пути по наружной
рельсовой нити с одной стороны и по внутренней с другой:
В основном избыток возвышения наружного рельса в кривых на
дорогах России образовался вследствие использования в формуле
(13.14) не фактической средней скорости, которую надо использовать,
167
Срок между обновлениями верхнего строения пути исчисляется
десятком и даже более лет. Условие (13.13) можно выдержать при
стабильных скоростях движения в течение такого длительного
периода. Это, как правило, не удается. Поэтому и наступает дисбаланс
между фактическим возвышением и фактическими скоростями. Это
одна из причин образования избытка возвышения в кривых на
дорогах России, где за последние 10 лет техническая скорость движения
поездов существенно снижалась.
Вторая причина — это увеличение возвышения сверх проектного
при очередных ремонтах пути вместо уменьшения исходя из ложного
представления, что для снижения бокового износа рельсов
необходимо разгрузить наружную рельсовую нить, т. е. увеличить возвышение.
Третья и самая главная причина — это серия упрощений и
заблуждений при использовании исходного общепризнанного условия (13.13)
для расчета необходимого (нормального) возвышения.
Общеизвестно, что условие (13.13) выполняется, если возвышение
А, мм, определено по формуле:

168
а значительно завышенной, а также вследствие попыток изменения
этой проверенной десятилетиями формулы (13.13),
Рассмотрим кривую, для которой на рис. 13.8 показано
распределение скорости движения двугорбой линией У. Для простоты
разделим все поезда по скорости на три блока (рис. 13.9): первый — от 5 до
30 км/ч (V1 = 17,5 км/ч) — доля таких поездов п = 50 %, второй — от 30
до 55 км/ч (v2 = 42,5 км/ч), п = 20 % и третий блок — от 55 до 80 км/ч
(v3 = 67,5 км/ч), п = 30 %. Сравним значения средней и средней квадра-
тической скоростей, получаемых по следующим формулам:
Результат — средняя квадратическая скорость больше средней на
15,7%.
Поэтому при подстановке в формулу (13.14) не средней, а средней
квадратической скорости при расчете возвышения для рассмотренной
кривой получим завышенное в 1,157 =1,34 раза возвышение.
Другими словами, если использовать в формуле (13.14) среднее значение
скорости, то 50 % поездов, имеющих скорость ниже средней, будут
проходить по рассмотренной кривой с опиранием на внутренние
скользуны (с отрицательным непогашенным ускорением), а вторая
половина — с опиранием на наружние скользуны (с положительным
непогашенным ускорением). В первом случае неизбежное продольное
проскальзывание колес по рельсам будет происходить по наружному
рельсу (50 % колес), во втором — по внутреннему (50 % колес). Если
же возвышение будет установлено с использованием в формуле (13.14)
не средней, а средней квадратической скорости, то с опиранием на
внутренние скользуны, т. е. с проскальзыванием по наружной нити
будут проходить 66 % поездов, а по внутренней только 34 % колес. К
сожалению, современные инструкции и учебники нацелены на
использование в формуле (13.14) средней квадратической скорости. Это не

способствует повышению безопасности движения поездов и
увеличивает продольное скольжение гребней колес по головке наружной
рельсовой нити кривых, т. е. увеличивает интенсивность бокового износа
рельсов и гребней колес. Необходимо пересмотреть инструкции и
использовать в формуле (13.14) не среднеквадратическую скорость, а
среднюю фактическую.
Самой большой причиной завышения возвышения наружного
рельса в кривых является то, что службы пути дорог без должного
контроля принимают на веру проекты капремонта пути, которые
выполняют дорпроекты, т. е. важнейший показатель, определяющий
безопасность движения поездов, а также износ рельсов и гребней колес
отдали на откуп дорпроектам. В результате имеем практически
повсеместно избыток возвышения наружного рельса в кривых. Почему?
Потому, что добыть информацию о фактических скоростях движения
поездов в кривых, на капремонт которых составляется проект, весьма
трудоемко. Необходимо проанализировать множество скоростемер-
ных лент за многие годы. Поэтому процедуру определения значения v
для формулы (13.14) упрощают до невозможного. Так, например, на
ряде дорог используют результаты выборочных тяговых расчетов для
отдельных типов локомотивов при определенном (частном) значении
массы поезда. Известно, что при таких расчетах практически всегда
получаются завышенные (примерно на 10 %) скорости вследствие
неучета возможных частичных неисправностей локомотива, не
позволяющих ему реализовать максимальную силу тяги, а также путейских
предупреждений об ограничении скорости, которые для кривых
участков пути выдаются чаще, чем для прямых. Кроме того, как видно из
рис. 13.8, в каждой кривой за длительный период эксплуатации
некоторые поезда даже останавливаются или следуют с минимальной
скоростью, что тяговыми расчетами не учитывается.
Иногда значение v для использования в формуле (13.14)
определяют по ходовым скоростям путем деления межстанционного
расстояния на время хода поездов, которое точно фиксируется в журналах
дежурных по станции. Но расстояние между смежными станциями, где
фиксируется время прохода поезда, может достигать значительной
величины (20 км и более). На таком расстоянии могут быть подъемы,
спуски, крутые кривые с ограничениями скорости. Кроме того во
время разгона при выходе со станции, где поезд останавливался и во
время замедления перед станцией приема с остановкой скорость
может существенно отличаться от среднеходовой по перегону.
Поэтому такой метод определения значений v, тем более без учета массы
поезда, таит в себе значительные погрешности.
Самым грубым способом определения значений v для расчета
возвышения по формуле (13.14), которым иногда пользуются, является
использование значений v из приказа начальника дороги или МПС по
допускаемым скоростям. В этом случае избыток возвышения
получается чрезвычайно большой.
169

В качестве примера на рис. 13.10—13.12 приведены данные по
характерным участкам на Горьковской и Забайкальской железных
дорогах. Показанное на рис. 13.11 поле фактических скоростей
построено по анализу 60 грузовых и 28 пассажирских поездов. Это
отражение только нескольких дней эксплуатации. Естественно, что за
более длительный период разброс скоростей еще больше.
Определить величину избытка возвышения в конкретных условиях
можно только после определения фактического среднего значения
скоростей движения поездов за весь период между обновлением верхнего
строения пути и расчета по формуле (13.14) нормального, так
называемого порогового значения возвышения и его сравнения с
фактическим. Пороговым называется такое значение возвышения, при котором
сопротивление продольному скольжению колес по наружному и
внутреннему рельсу одинаково. Это условие выполняется, когда нагрузки
на оба рельса одинаковы. Но поскольку на каждой кривой имеется
разброс значений фактических скоростей, поэтому в крутых кривых
(R < 400 м) вводится в формулу (13.14) коэффициент к = 0,7 для того,
чтобы снизить количество колес, проскальзывающих по наружному
рельсу вдоль пути, с 50 до 35 % за счет увеличения числа колес,
проскальзывающих по внутреннему рельсу кривых с 50 до 65 %. При
этом существенно снижается интенсивность бокового износа рельсов,
а также уменьшается возможность вкатывания гребней колес на
изношенную боковую поверхность головки наружного рельса в кривых.
13.6. Анализ причин перераспределения
после 1984 г. износа с внутренней на наружную
рельсовую нить кривых
Почему после 1984 г. произошло резкое перераспределение износа
с внутренней на наружную рельсовую нить? Потому, что после 1984 г.
произошло перераспределение неизбежного продольного скольжения
колес по рельсам из-за их жесткой насадки на оси с внутренней
рельсовой нити в кривых на наружную. Последнее обусловлено тем, что,
начиная с апреля 1985 г., было допущено длительное нарушение
необходимого соответствия между возвышением наружного рельса и
фактической скоростью движения поездов, определяемого по формуле
(13.14).
Нарушение указанного соответствия произошло и, к сожалению,
происходит до сих пор по целому ряду причин. Основными из них
являются следующие.
1. Снижение скорости поездов в крутых кривых с апреля 1985 г. по
апрель 1990 г. в связи с Указанием МПС о загрузке существующих
вагонов до 80 т, т. е. до 25,5 тс/ось. Согласно этому Указанию, если в
поезде были вагоны (хотя бы один) с такой загрузкой, то во всех
170

кривых R < 350 м скорость ограничивали почти вдвое (до 30 км/ч, а в
кривых R = 351-650 м — до 40 км/ч). Этим Указанием было вызвано
вопиющее длительное нарушение отработанного всей мировой
наукой и практикой необходимого соответствия между скоростью и
возвышением. Ведь возвышение наружного рельса на указанных
кривых (R < 650 м), доля протяжения которых в целом по сети составляет
12,2 %, а на отдельных дорогах достигает 25 %, было установлено для
скоростей, которые были до апреля 1985 г., т. е. примерно вдвое
больше, чем требуется для такой пониженной скорости. Всем
путейцам известно, что длительное значительное снижение скорости в
кривой по сравнению с равновесной не менее, а даже более вредно, чем
повышение и не потому, что перегружается внутренняя рельсовая
нить, а потому, что недопустимо разгружается наружная. Была
доказана необходимость прекращения эксперимента с 80-тонной загрузкой
вагонов, что наконец и было сделано с 01.04.90 г. (Телеграмма
министра № 322 от 28.03.90 г.). В газете Тудок" 28.04.90 г. была
опубликована статья С. Жужгина "Цена решений. На износ". Вот выдержка из
этой статьи, очень точно передающая дух того времени: "Несколько
лет назад ради единственной цели —любыми путями выполнить план
перевозок — министерство издало приказ о новых допусках перегруза
172

173

вагонов. Тогда члены специально созданной комиссии лишь
подтвердили очевидное — такие перегрузы недопустимы. Однако новые
нормы вступили в действие, сразу повергнув в шоковое состояние
полсети. Чего греха таить, кое-кто из руководителей, имевших
мужество возражать, расстались с должностью, уступив свое место менее
принципиальным людям".
2. Снижение скорости движения в связи с увеличением массы
поездов, а также количества предупреждений об ограничении скорости в
кривых и ухудшения содержания локомотива. Если из-за загрузки
вагонов до 80 т снижались скорости в крутых кривых только тех
поездов, в которых были вагоны с такой загрузкой, то в данном
случае снижение скорости охватывало практически все поезда. Так, на
Забайкальской железной дороге средняя техническая скорость
движения грузовых поездов vTex, характеризующая скорость не только в
кривых, но и в прямых, в 1983 г. составляла 47,7 км/ч. В 1984, 1985,
1986, 1987 и в 1988 годах она снижалась соответственно до 46,7; 46,5;
46,1; 44,9 и 43,3 км/ч. По локомотивному депо Могоча этой дороги в
мае, июне, июле, сентябре и октябре 1984 г. vTex составляла
соответственно 47,0; 44,7; 45,0; 46,2 и 44,9 км/ч. В эти же месяцы 1988 г. она
снизилась соответственно до 38,8; 37,4; 34,9; 33,5 и 30,9 км/ч.
Примерно такое же снижение vTex произошло и на других дорогах со сложным
планом и профилем линии. При этом фактическое снижение скоростей
в крутых кривых еще более значительно, так как в крутых кривых
больше ограничений скорости и машинисты обычно нагоняют на
прямых участках допущенные задержки в кривых и этим несколько
повышают Утех по сравнению с фактической скоростью в кривых.
3. Изменение (перераспределение) сил горизонтального бокового и
вертикального воздействия колес на внутренний и наружный рельсы
в кривых, произошедшее вследствие увеличения продольных
(сжимающих и растягивающих) сил в поезде. Указанное возрастание сил
обусловлено увеличением веса и длины поездов при существующей
повышенной чувствительности отечественных экипажей (особенно
локомотивов, пассажирских и рефрижераторных вагонов) к продольным
сжимающим поезд силам (в части перекосов кузова) из-за низкой
поперечной горизонтальной жесткости связи кузова с колесными
парами и несовершенства конструкции хвостовика автосцепки. На
дорогах США, Канады и других стран хвостовик автосцепки не
круглый (как у нас), а квадратный или седлообразный.
4. Увеличение в 1988—89 годах возвышения наружного рельса в
кривых, выполнявшееся при капитальном, среднем и подъемочном
ремонтах пути в соответствии с Указанием МПС № 346А от 23.06.88 г.
Пункт 5 этого Указания требует изменить возвышение с целью
разгрузки наружной рельсовой нити. Это ошибочное требование, так как
разгрузка наружной рельсовой нити ведет к увеличению интенсивности
бокового износа рельсов и гребней колес, а не к уменьшению. Кроме
174

того, это повышает возможность распора колеи и выжимания
порожних экипажей. Доказательств этому много. Так, например, на Борзин-
ском отделении Забайкальской железной дороги летом 1989 г. был
произведен капремонт пути с увеличением возвышения в кривых на 20 мм.
В результате, несмотря на укладку закаленных рельсов вместо "сырых",
резко возрасла интенсивность бокового износа рельсов и гребней
колес. Аналогичное увеличение возвышения произвели и на других
отделениях Забайкальской, а также других дорог. Результат тот же.
Выявлен и такой факт: если в крутой кривой (R < 400 м) имеется дефицит
возвышения наружного рельса, определяемого по формуле (13.13), то
за период между смежными капитальными ремонтами пути
вертикальный износ внутреннего рельса достигает 10 мм и более, а по наружной
нити сплошной смены рельсов из-за бокового износа совсем не
производят или выполняют только один раз; если же имеется избыток
возвышения, то внутренний рельс за период между смежными капремонта-
ми изнашивается не более чем на 2—3 мм, а рельсы по наружной нити
кривых сплошь заменяют из-за износа 3—4 раза.
Итак, образовавшийся после середины 80-х годов на дорогах
России избыток возвышения наружного рельса в крутых кривых вызвал
перераспределение неизбежного продольного скольжения всех колес
из-за их жесткой насадки на оси с внутренней на наружную рельсовую
нить. Это основная причина перераспределения износа рельсов с
внутренней на наружную рельсовую нить. При этом чрезвычайную роль
играет образующийся эффект "точила" при совместном круговом и
продольном скольжении гребня по боковой грани наружного рельса
в кривых вследствие забега z контакта гребня по сравнению с
контактом обода колеса.
14. ОБРАЗОВАНИЕ ЭФФЕКТА нТОЧИЛАм ПРИ КРУГОВОМ
И ПРОДОЛЬНОМ СКОЛЬЖЕНИЯХ ГРЕБНЯ ПО БОКОВОЙ ГРАНИ
ГОЛОВКИ НАРУЖНОГО РЕЛЬСА КРИВЫХ ПРИ ИЗБЫТКЕ ВОЗВЫШЕНИЯ
14.1. Механизм бокового износа головки наружного
рельса в кривых при избытке его возвышения
Как уже отмечалось, при избытке возвышения неизбежное
продольное скольжение колес, обусловленное жесткой их насадкой на
оси, происходит по наружному рельсу кривой по направлению
движения, а при дефиците возвышения — по внутреннему в виде боксова-
ния. Поскольку в течение последних 10 лет на дорогах России на
подавляющем большинстве кривых имеет место избыток возвышения,
то практически гребни всех колес первой по ходу оси тележки в
175

кривых скользят по боковой грани наружного рельса одновременно
по кругу контакта и вдоль рельса (рис. 14.1). При этом проявляется
эффект "точила1': гребень скользит по кругу в опережающем контакте
сверху вниз под углом у = l°-s-5° к направлению рельса и
одновременно скользит вдоль рельса из-за жесткой насадки колес на оси. При
этом в контакте гребня колеса с боковой гранью головки рельса
происходит стачивание боковой грани головки рельса гребнем по
аналогии с обработкой продольной детали точилом со скольжением
абразивного круга под углом у = Г-5-50 с одновременным продольным
перемещением круга вдоль детали. Механизм бокового износа
головки и гребня определяется при этом не только круговым и продольным
скольжением гребня, но и в значительной мере контактным
давлением. Последнее определяется делением силы прижатия гребня на
площадь его контакта с боковой гранью головки рельса. Поскольку
указанная площадь контакта минимальна при контактировании гребней
с новым рельсом, то и интенсивность бокового износа новых рельсов
при прочих равных условиях максимальная. Это на дорогах России
наблюдается повсеместно. Кроме того, из-за наличия забега z,
являющегося функцией угла набегания а, облегчается вкатывание гребня на
головку рельса, особенно при наличии ее бокового износа и избытка
возвышения.
Последнее обусловлено тем, что продольное скольжение гребней
по боковой грани головки происходит по направлению движения, а
вектор реакции кругового скольжения направлен с отклонением вверх
под углом у = 1°т5° от направления продольного скольжения, т. е. от
направления движения. При дефиците возвышения наружного рельса
неизбежное продольное скольжение колес, обусловленное жесткой их
насадкой на оси, осуществляется по внутреннему рельсу в виде боксо-
вания. При этом несколько увеличивается износ верха головки
внутреннего рельса кривых и существенно (в несколько раз) снижается
интенсивность бокового износа головки наружного рельса и гребней
колес. Кроме того, значительно уменьшается вероятность вкатывания
гребня на головку наружного рельса (выжимания вагонов).
176

14.2. Круговое и продольное скольжения колеса
по головке наружного рельса кривых — основная причина
дополнительного сопротивления движению
При сцентрированном качении колесной пары (рис. 14.2) по
прямому участку пути (положение I) на площадке при равенстве
диаметров кругов катания правого и левого колес сопротивление движению
колесной пары определяется только трением качения — круговое и
продольное скольжение отсутствуют. При входе в кривую гребень
наружного колеса прижимается к боковой грани головки рельса
(положение II). При этом из-за конусности обода радиус круга катания
наружного колеса увеличивается, а внутреннего уменьшается на
величину δ/n, где п — знаменатель дроби l/n наклона образующей обода
(для новых колес п = 20), 8 — односторонний зазор между гребнем и
боковой гранью головки рельса при сцентрированном положении
колесной пары в колее (общий зазор 25). При этом существует только
единственное соотношение R> 5 и л, когда колесная пара может
сцентрированной силой Q прокатиться через всю кривую без схода, т. е. без
продольного скольжения. Это соотношение выражено формулами
(13.5) — (13.12). Во всех остальных случаях (практически это во всех
кривых радиусом менее 1000 м) колесная пара после вкатывания
сцентрированной силой Q в кривую перекашивается и проваливается
внутрь колеи (положение III). Для того чтобы такого перекоса и
провала не произошло, необходимо движущую силу Q переместить на
величину А в сторону наружного рельса (положение IV). При этом
Рис. 14.2. Схема качения
одиночной колесной пары
сцентрированной (/ — III) и
смещенной (IV) силой
177

Если имеется избыток возвышения, т. е. если сопротивление
скольжению по наружному рельсу меньше, чем по внутреннему, то
происходит продольное скольжение колеса по наружному рельсу по
направлению движения. Если же сопротивление скольжению меньше по
внутреннему рельсу (дефицит возвышения), то происходит скольжение
проворачиванием (боксованием) внутреннего колеса по внутреннему
рельсу.
В тележке колесные пары связаны боковинами, надрессорной
балкой и рессорами. В этом случае продольная движущая сила приложена
к подпятнику и практически всегда в режиме тяги и выбега
направлена по направлению движения. В режиме торможения только
локомотивом (рекуперативное или реостатное электрическое торможение,
торможение прямодействующим локомотивным тормозом) движущая
сила в тележках вагонов приложена к подпятникам и направлена
против движения. Так же направлена движущая сила в тележках
незаторможенных хвостовых вагонов, набегающих на заторможенную
головную часть поезда.
Применительно к тележке вагонов дополнительное сопротивление
движению в кривых, обусловленное неизбежным продольным
скольжением одного из колес каждой колесной пары из-за жесткой насадки
на оси, определяется по формулам:
при избытке возвышения
178
Значения ΔQск и Δ определяются из условия предельного
равновесия по продольному скольжению колеса по наружному рельсу кривой
с избытком возвышения:
сопротивление движению колесной пары увеличивается на величину,
обусловленную сопротивлением продольному скольжению AQ ск,
которое выражается следующей формулой:

Иногда в формуле (15.1) используют еще несколько сомножителей.
Но указанная формула в принципе неверна и не может быть
теоретической основой для анализа причин бокового износа рельсов и
гребней колес, потому что при любом количестве сомножителей, если
а = 0, получается, что и Физ = 0, т. е. износ отсутствует. Практически
это не так. Даже, если построить экипажи с автоматической
установкой осей в кривых в радиальное положение (в ряде стран такие
экипажи построены), то интенсивность износа при а = 0 снизится только
частично, так как продольное скольжение гребня по боковой грани
головки рельса вообще не зависит от угла набегания а, а круговое
скольжение зависит несущественно (1—5 %). К сожалению, до сих пор
на дорогах России и многих зарубежных стран используют в качестве
основополагающей теории для анализа причин интенсивного
бокового износа рельсов и гребней колес ошибочную в своей основе
формулу (15.1).
2. Принципиальная новизна данной книги состоит в том, что для
анализа причин интенсивного бокового износа рельсов и гребней
колес вместо формулы (15.1) используется общепризнанная в
современной теории трения и износа контактирующих тел оценка
фрикционного износа через фактор износа Физ, как следствие работы сил
трения:
179
при дефиците возвышения
В первом случае (наружный рельс кривой) колеса скользят по
направлению движения, во втором (внутренний рельс) — колеса
скользят проворачиванием (боксованием) против движения.
15. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СНИЖЕНИЮ
ИНТЕНСИВНОСТИ БОКОВОГО ИЗНОСА РЕЛЬСОВ
И ГРЕБНЕЙ КОЛЕС
1. Ничего нет более практичного, чем хорошая теория. Если теория
неверна, то и практические рекомендации, основанные на ее
использовании, не могут быть эффективными. К сожалению, в течение уже
многих десятилетий на дорогах России и ряда других стран для
анализа причин фрикционного износа рельсов и колес применяют так
называемый фактор износа Физ, не учитывающий путь скольжения
контактирующих поверхностей:

Исходя из формулы (15.2), для снижения интенсивности бокового
износа рельсов и гребней колес необходимо использовать способы
уменьшения Сгр и пути скольжения гребней колес по боковой грани
головки рельса /гр, определяемого круговым Δ/р и продольным Δ/l
скольжениями.
3. Произошедшее на дорогах перераспределение после 1985 г.
износа рельсов с внутренней нити на наружную нельзя объяснить
традиционными (ортодоксальными) методами анализа по формуле (15.1).
Анализ по новой формуле (15.2) такое объяснение дает. Суть его
состоит в образовании после 1985 г. существенного избытка
возвышения наружного рельса в кривых и перераспределения за счет этого
неизбежного продольного скольжения колес из-за их жесткой насадки
на оси с внутренней на наружную рельсовую нить кривых и
проявления при этом эффекта "точила".
4. Для обратного перераспределения износа с наружной рельсовой
нити на внутреннюю до состояния, которое было до 1985 г.,
необходимо повысить сопротивление продольному скольжению колес по
наружной нити кривых и уменьшить по внутренней. Это можно
практически реализовать двумя способами: перераспределением нагрузки
колеса с внутренней нити кривых на наружную за счет ликвидации
избытка возвышения; уменьшением коэффициента трения колес,
следующих по внутренней нити кривых, и (или) увеличением по
наружной вследствие смазывания верха головки внутреннего рельса и
смазывания по наружной нити только боковой грани головки. Возможно
и полезно использование обоих способов одновременно.
Рекомендуется в процессе подготовки к выполнению плана работ
по капитальному, среднему и подъемочному ремонту пути на будущий
год, а также по очистке щебня, пересчитать возвышение наружного
рельса во всех кривых на участках указанных ремонтов по изложенной
в данной книге методике и в процессе ремонта ликвидировать
избыток возвышения. Для кривых, где доля пассажирских поездов не
превышает 10 %, целесообразно расчет необходимого возвышения по
формуле (13.14) вести по фактическим (реализуемым) скоростям
только грузовых поездов. При этом определенное по формуле (13.14)
возвышение необходимо проверить по соблюдению комфортабельности
езды для пассажиров, следующих в поезде по данной кривой,
используя формулу
180

181
Если условие (15.3) не выполняется, то принимается одно из
следующих трех решений:
1) снижается допускаемая скорость пассажирских поездов в данной
кривой до значения, определяемого по полученной из выражения
(15.3) формуле (размерности: v, км/ч; R, м; А, мм)
Для наглядности на рис. 15.1 приведены графики зависимостей,
полученные по формуле (15.4);
2) увеличивается допускаемое значение непогашенного ускорения с
0,7 до 1 м/с2, что влечет ухудшение комфортабельности езды для
пассажиров;
3) перерассчитывается возвышение наружного рельса А по формуле
(13.14) с учетом фактических скоростей не только грузовых поездов,
но и пассажирских.
Необходимо иметь в виду, что для существенного (в несколько раз)
уменьшения бокового износа рельсов и гребней колес обязательно
должно соблюдаться условие, что фактическое возвышение должно
быть меньше порогового (h < hп), а фактические скорости — больше
пороговых (v> vn). Это наглядно видно из рис. 15.2. Если избыточное

возвышение наружного рельса
уменьшить с h4 до h3 > hп, то
интенсивность бокового износа
рельсов и гребней колес не
уменьшится, а даже немного возрастет
с Δ5 до Δ6. Обусловлено это тем,
что с уменьшением возвышения с
h4 до h3>hп колеса будут
проскальзывать еще по наружной
нити, а не по внутренней, но при
большей вертикальной нагрузке.
Если же возвышение уменьшить
до h2 < hn, то интенсивность
износа уменьшится с Δ5 до Δ2, т. е. в
несколько раз, так как
прекратится продольное проскальзывание
колес по наружной рельсовой
нити за счет их проскальзывания
по внутренней. Аналогично
происходит и с повышением
скоростей. Если скорость повысить с v1
до V2 < vn, то интенсивность
бокового износа рельсов и гребней
колес немного возрастет с Δ5 до Δ6, так как проскальзывать колеса
будут по наружной рельсовой нити, но при больших, чем при V1
вертикальных нагрузках от колес на наружный рельс. Если же
скорость повысить до V3 > vn, то интенсивность износа уменьшится с Δ5
до Δ2, т. е. в несколько раз, так как прекратится продольное
проскальзывание колес по наружной рельсовой нити за счет их
проскальзывания по внутренней. Из сказанного следует подтверждение
необходимости в крутых кривых (R < 650 м) понижения возвышения до h < hп
или повышения скорости движения поездов до v > vn. Необходимо
руководителям службы пути, ревизорскому аппарату отделений и
управления дороги и прежде всего РБП и УРБП вести усиленную и
систематическую работу по переориентации линейных
путейцев-руководителей на борьбу не с дефицитом возвышения наружного
рельса в кривых, а с его избытком. Избыток возвышения — это
большая проблема современного состояния железнодорожного пути в
кривых, которую необходимо решить в ближайшие годы для
снижения интенсивности бокового износа рельсов и гребней колес, а
главное, для резкого уменьшения сходов колес из-за выжимания порожних
вагонов и распора колеи.
Рекомендуется запретить применение путевых лубрикаторов по
наружной нити кривых, так как опыт показывает, что в местах их
182

установки смазывается не только и не столько боковая грань головки
рельса, сколько верхняя опорная ее часть. Это приводит к тому, что
из-за резкого снижения сопротивления скольжению колес по
наружной рельсовой нити неизбежное продольное скольжение из-за жесткой
насадки колес на оси происходит только по-наружной нити даже при
скоростях выше равновесной. Целесообразно уменьшить
сопротивление продольному скольжению по внутреннему рельсу кривых
смазыванием верха головки внутреннего рельса. При этом исчезнет эффект
"точила" по наружной рельсовой нити и значительно уменьшится
интенсивность бокового износа наружного рельса и гребней колес. По
наружной рельсовой нити нужно производить смазывание только
боковой рабочей грани с помощью дрезин или локомотивных смазыва-
телей соблюдая строгую дозировку подачи смазки, чтобы она не
попадала на верхнюю опорную часть головки наружного рельса.
5. Рекомендуется сконструировать, изготовить и оснастить
дистанции пути простыми приборами для проверки соответствия
возвышения наружного рельса в кривых фактическим скоростям движения
поездов. Такие приборы могут быть двух типов: гидравлические и
маятниковые (рис. 15.3). Они очень просты и с высокой точностью
позволяют выявлять избыток и дефицит возвышений наружного
рельса на всех кривых участках дистанции и дороги. Установив такой
Рис. 15.3. Схемы действия определителей возвышения при его избытке (а) и дефиците
1.3 — соответственно гидравлический и маятниковый определители избытка и дефицита
возвышения; 2 — горизонталь: 4 — вертикаль
183

прибор на локомотиве поезда можно в каждой кривой по показаниям
различия уровня жидкости на левой и правой шкалах сообщающихся
сосудов или по отклонению вправо или влево стрелки маятника
оценить наличие и величину избытка или дефицита возвышения для
фактической скорости следования данного поезда. Рекомендуется такую
оценку делать по измерениям в локомотиве 10—20 грузовых поездов
и проверять возвышение на непревышение непогашенного ускорения
άнп = 0,7 м/с в одном-двух скорых пассажирских поездах.
6. Для значительного снижения интенсивности бокового износа
остряков и рамных рельсов, а также для предотвращения вкатывания
гребня на боковую изношенную грань остряка и рамного рельса
рекомендуется регулярно (2—3 раза в неделю) смазывать боковую
(изнашиваемую) грань рамного рельса и остряка по 2—3 м в обе стороны
от острия остряка. Эта мера легко осуществима и чрезвычайно
эффективна. В 2—3 раза повышается срок службы рамного рельса и остряка,
снижается коэффициент трения между гребнем и боковой гранью
остряка и рамного рельса, а значит меньше вероятность вкатывания
гребня колеса на них при выжимании обезгруженных тележек
порожних вагонов.
7. Для уменьшения бокового износа рельсов (остряков), их
контактно-усталостных повреждений и резкого снижения отказов пути,
т. е. повышения его надежности рекомендуется реализовать на
дорогах (прежде всего на характерных по плану и профилю участках)
научно обоснованные и испытанные на экспериментальном кольце
ВНИИЖТа эффективные технические решения (см. п. 10.1).
Реализация их позволит предотвратить возможный рост количества
отказов рельсов по контактно-усталостным повреждениям (дефекты
21 и 11) после того, как будет снижена интенсивность их бокового
износа.

///. РЕКОМЕНДАЦИИ ПУТЕЙЦАМ ПО РАССЛЕДОВАНИЮ
ПРИЧИН СХОДА КОЛЕС С РЕЛЬСОВ
16. РАССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИН СХОДА КОЛЕС С РЕЛЬСОВ
16.1. Существующая практика
При технических экспертизах материалов по крушениям и
авариям поездов, отнесенных на путейцев, выявлено, что участники
служебного расследования причин схода колес с рельсов зачастую
не фиксировали важнейшие их признаки, но регистрировали
множество малозначимых факторов. Это затрудняло в дальнейшем
выявление истинных причин схода. Сказанное в значительной мере
обусловлено отсутствием подробных рекомендаций путейцам по
расследованию причин схода с учетом местных особенностей. Пункты
2.8 и 2.9 "Инструкции о порядке служебного расследования..."
(приложение 3 к приказу МПС № 1Ц от 08.01.94) дают только общие
рекомендации без детализации действий путейцев-руководителей,
прибывших на место происшествия. Кроме того, упомянутая
Инструкция не содержит анализа основных признаков, по которым
можно определить причину схода. Между тем важно хорошо знать
механизм схода колес в конкретных условиях и очередность
фиксирования (актирования) факторов и признаков (последствий) схода
после прибытия на место происшествия. Повышение уровня знании
будет способствовать улучшению качества служебного
расследования, что в конечном результате может существенно снизить число
аварий и крушений, отнесенных на путейцев.
Инструкция "О порядке служебного расследования нарушений
безопасности движения в поездной и маневровой работе на железных
дорогах" предписывает следующее.
Пункт 2.8. Руководители линейных предприятий, в том числе
начальник дистанции и его заместители..., не ожидая прибытия лиц для
расследования крушения или аварии, немедленно принимают меры по
оказанию необходимой помощи пострадавшим и приступают к
ликвидации последствий, обеспечивая при этом сохранность подвижного
состава и перевозимых грузов.
Пункт 2.9. На месте крушения или аварии:
изымаются скоростемерная лента локомотива, натурный лист
поезда, справка формы ВУ-45 об обеспечении поезда тормозами, пред-
185

упреждения об ограничении скорости движения и бортовой журнал
локомотива;
составляется схема разрушения пути и расположения подвижного
состава, следов схода его с рельсов с привязкой к километру и пикетам
начала схода и места остановки локомотива и отдельных групп
вагонов;
производится фотографирование общего вида последствий
крушения или аварий, поврежденного пути, подвижного состава,
обнаруженных на пути посторонних предметов, изломанных деталей,
неправильно загруженных вагонов, перекрытых концевых кранов,
положения органов управления локомотива и др.;
составляются акты осмотра места схода, технического состояния
подвижного состава, пути, устройств СЦБ, связи и других устройств,
имеющих значение при установлении причин крушения или аварии
(указанные акты подписываются руководителями предприятий
железной дороги, первыми прибывшими на место происшествия);
берутся письменные (в необходимых случаях на магнитофон)
объяснения от лиц, причастных к происшествию, а также от других
работников сведения, которые могут быть полезны для установления
причины крушения или аварии;
фиксируются погодные условия в момент крушения (аварии).
Пункт 2.11. После выяснения на месте причин крушения или
аварии, но не позднее 24 ч с момента происшествия, начальник отделения
дороги вместе с транспортным прокурором или прокурором района и
главным ревизором отделения дороги по безопасности движения
поездов сообщают по телеграфу за совместными подписями об
обстоятельствах крушения или аварии в Департамент по безопасности
движения и экологии МПС, в Генеральную прокуратуру РФ и
соответствующему транспортному прокурору. Об обстоятельствах крушения и
аварии ставятся в известность местные органы власти, а при
необходимости и другие ведомства.
Пункт 3.1. По результатам предварительного расследования
крушения или аварии, но не позднее 48 ч с момента происшествия
начальником отделения дороги и главным ревизором отделения составляется
акт служебного расследования формы РБУ-1, который утверждается
начальником железной дороги.
Это основные положения, имеющие отношение к путейцам.
Первыми на место крушения или аварии, как правило, прибывают
бригадир пути, дорожный и старший дорожный мастер, начальник
дистанции пути или его заместители и руководители ближайших
станций. При этом главная задача прибывших путейцев-руководителей —
организация быстрейшего восстановления движения поездов, и
практически у них нет времени, чтобы в полной мере заниматься состав-
186

лением схем разрушения пути и расположения подвижного состава,
следов схода и т.п. Из-за этого, а также из-за отсутствия четких
рекомендаций, что именно нужно зафиксировать (заактировать,
сфотографировать) в первую очередь путейцам, они очень часто не
влияют на содержание телеграммы об обстоятельствах крушения или
аварии, которую в соответствии с п. 2.11 Инструкции подписывают НОД,
УРБ и представитель транспортной прокуратуры не позднее 24 ч с
момента происшествия.
В большинстве случаев в акте служебного расследования (форма
РБУ-1), который подписывается не позднее 48 ч с момента
происшествия, подтверждается причина крушения (аварии), изложенная в
телеграмме. Поэтому путейцам чрезвычайно важно представить НОД и
УРБ зафиксированные (заактированные, сфотографированные или
снятые на видеокамеру) важнейшие (с позиции путейцев) признаки и
последствия крушения (аварии) в первые 8—10 ч после происшествия.
Именно в это время путейцам можно и нужно добиваться
объективного предварительного определения истинной причины схода колес с
рельсов. В указанный период специалисты локомотивной и вагонной
служб, не обремененные необходимостью восстановления пути,
активно ищут отступления в содержании не только и не столько
локомотива или вагонов, сколько пути.
Опыт многочисленных экспертиз материалов уголовных дел по
крушениям и авариям поездов свидетельствует, что материалы,
представляемые путейцами после 24 ч с момента происшествия, редко
изменяют оценку обстоятельств схода, изложенных в акте служебного
расследования РБУ-1. В процессе же независимых экспертиз такие
материалы анализируются, и в результате во многих случаях
изменяется оценка причин, изложенных в акте служебного
расследования. Но поскольку экспертизы длятся многие месяцы, а иногда
и годы, путейцы-руководители, наказанные незаслуженно в
административном порядке, никакой компенсации за материальный и
моральный ущерб не получают. Кстати, это явное нарушение
презумпции невиновности (прав человека). Россия приняла
обязательство выполнять Европейские нормативные акты по защите прав
человека. Значит, любой гражданин России может защищать свои
права даже в международном Европейском суде. Если в этот суд
обратится с грамотно составленным исковым заявлением российский
железнодорожник, необоснованно наказанный за крушение или
аварию поезда, то он может получить оправдательное решение и
постановление о выплате компенсации за моральный ущерб в размере
нескольких десятков тысяч долларов. Такое решение можно получить
и в Верховном суде России.
187

16.2. Подготовка путейской группы и ее первоочередные
действия
Работникам дистанции пути всегда надо быть готовыми к
правильным действиям в случае возникновения чрезвычайного происшествии
независимо от времени года или суток. Прежде всего заранее надо
подготовить двух-трех работников дистанции, которые немедленно
смогли бы выехать на линию, имея при себе нужный инвентарь, и
заниматься только обследованием места крушения.
На месте происшествия потребуются:
продольный профиль участка;
рулетка длиной не менее 5 м;
фотоаппарат со вспышкой или видеокамера;
диктофон (для записи словесного описания мест обследования);
бумага, карандаш и целлофановые обложки на случай дождливой
погоды;
электрофонарь (для освещения в ночное время мест обследования);
портативный переносный копировальный аппарат (работающий
от батарей) для снятия ксерокопии скоростемерной ленты и натурного
листа.
Указанная группа путейских обследователей должна только
фиксировать фактическое состояние (картину) места происшествия, ничего
не изменяя. Это крайне важно для последующей работы специалистов
других служб, прибывающих позже путейцев.
Важнейший для путейцев документ, позволяющий в значительной
мере оценить предаварийную ситуацию, — скоростемерная лента.
Опыт судебно-технических экспертиз свидетельствует, что в
большинстве случаев ксеро- или фотокопия скоростемерной ленты не делается
при ее изъятии в соответствии с пунктом 2.9 Инструкции. Это дает
возможность работникам локомотивного депо, куда передается лента
для расшифровки, производить подчистки, подделки или даже
подмену ленты. Поэтому путейцы должны сделать копию ленты сразу после
ее изъятия с локомотива. Целесообразно снять также ксеро- или
фотокопию натурного листа, хотя этот документ обычно не
подвергается подделке после крушения или аварии.
Так же быстро следует отметить с привязкой к пикетажу
местоположение всех экипажей поезда после крушения (аварии). Особенно
важно зафиксировать место, где остановился локомотив, так как
нередко причиной крушения или аварии являются выжимание порожних
вагонов, распор или сдвиг рельсовой колеи из-за жесткого, в том
числе экстренного, торможения поезда. В таких случаях машинисты
часто сообщают, что экстренное торможение применили, когда уже
произошел сход. Проверить правильность такого заявления
машиниста легко, если точно известно место, где остановился локомотив после
схода вагонов. Для этого необходимо сравнить тормозной путь, опре-
188

деленный по скоростемерной ленте, с фактическим расстоянием от
места, где остановился локомотив, до места схода с учетом длины не
сошедшей с рельсов части поезда за локомотивом. Если тормозной
путь, найденный по скоростемерной ленте, больше указанного
расстояния, то торможение предшествовало сходу, а значит, и послужило
причиной выжимания порожних вагонов, распора или сдвига колеи
под порожними вагонами.
Схема расположения сошедших и не сошедших с рельсов экипажей
с привязкой к пикетажу должна быть детальной. При этом измерять
расстояние между сошедшими вагонами, между сошедшими и не
сошедшими достаточно с точностью до 1 м, т.е. ошибка в 1 м допустима.
Обязательно надо зафиксировать расположение сошедших вагонов с
указанием их номеров (по трафаретам на кузове). Для окончательного
заключения о причинах крушения или аварии особую важность
представляет указание на схеме, в какую сторону по ходу поезда сошли
колеса тележек разных вагонов, которые частично остались на
рельсах, с привязкой к пикетажу, плану и профилю линии. Для выявления
возможного отрицательного воздействия продольных сил в поезде
необходимо участвовать в сборе информации о режиме движения
поезда до и в момент происшествия (например, положение рукоятки
крана машиниста и реостатного тормоза, положение ручного
тормоза, применение полного служебного, экстренного, рекуперативного
торможения, скоростемерная лента и пр.). Путейцы должны
участвовать в сборе информации о состоянии ходовых частей сошедших с
рельсов единиц подвижного состава.
16.3. Обоснование отсутствия "путейских" причин схода
с позиции законов механики
В ряде случаев руководители дистанций и службы пути, вопреки
здравому смыслу, подписывают или визируют приобщаемые к
материалам дела документы с указанием "путейской" причины схода колес
с рельсов при явных признаках отсутствия таковой. В дальнейшем это
сильно затрудняет объективное установление истинной причины даже
в процессе независимой экспертизы и в судебном разбирательстве.
Предварительно назовем наиболее важные признаки явного
отсутствия путейских причин.
1. Если при крушении или аварии локомотив или локомотив и
головная часть поезда не сошли с рельсов, а сошли экипажи в средней
или хвостовой части поезда, то можно утверждать, что причиной
схода не мог быть температурный выброс колеи.
2. Если при крушении или аварии бесстыковой путь разрушен
только на какой-либо части плети и если в конце (концах) зоны
разрушения нет продольных подвижек оставшейся части плети к месту
189

разрушения (что легко увидеть по следам клемм на подошве рельса
или по смещению шпал в балласте), то можно утверждать, что
причиной крушения (аварии) не мог быть температурный выброс колеи,
если даже сошла с рельсов головная часть поезда.
Не так давно на одной из дорог Украины на затяжном спуске
прямого участка бесстыкового пути с железобетонными шпалами в
средней части рельсовой плети Р65 длиной 1262,5 м произошел сход с
рельсов 12 вагонов в середине груженого поезда при скорости 52 км/ч.
Локомотив ВЛ80 и 31 вагон головной части поезда, а также 18
вагонов хвостовой части остались на рельсах. Масса поезда 3838 т, число
осей 240.
В приказе начальника дороги по этому крушению записано:
"...Учитывая результаты расследования и выявленные отступления от
норм Технических указаний по укладке и содержанию бесстыкового
пути, причиной схода подвижного состава считать выброс пути под
поездом". Автор этой книги, ознакомившись по просьбе дистанции
пути с соответствующими подлинными материалами, пришел к
выводу, что в определении причины крушения содержится грубая ошибка.
Тут необходимы некоторые пояснения.
Во время расследования причин крушений и аварий поездов на
бесстыковом пути необходимо прежде всего руководствоваться
законом механики о проявлении потенциальной энергии, накапливаемой
в рельсовых плетях от их нагрева. Где и когда ей легче проявиться в
виде температурного выброса рельсошпальной решетки? При
достижении сверхкритических температурных сил в плетях выброс
случается там, где разрыхлен балласт, оголены торцы шпал, не засыпаны
балластом шпальные ящики или где имеется угол (неровность в
плане). Это ответ на вопрос, в каком месте в первую очередь может
быть температурный выброс. Но главное — научно обосновать ответ
на другой вопрос: когда происходит выброс? Доказано, что под
поездом вследствие пригруза рельсошпальной решетки колесами грузовых
вагонов сопротивление температурному выбросу, как минимум, в 20
раз больше, чем за 5—10 м перед движущимся локомотивом, где нет
такого пригруза и где, кроме того, облегчается сдвиг путевой решетки
из-за вибрации рельсов. Выброс происходит в сторону на 30—40 см и
длится всего 0,2 с, поэтому непременно сходят с рельсов локомотив и
головная часть поезда.
В нашем случае сошли с рельсов лишь 12 вагонов в средней части
поезда. Значит, только на основании этого можно утверждать, что
при служебном расследовании причина крушения названа ошибочно.
Наличие угла в плане или разрыхления балласта не изменяют такого
вывода, потому что если бы в рельсовых плетях были
сверхкритические температурные силы, то выброс должен был случиться перед
локомотивом. Это — незыблемый объективный закон, действующий
помимо наших воли и желания.
190

Второй признак ошибочности вывода о причине крушения
поезда — отсутствие следов продольных перемещений концов рельсовых
плетей относительно клемм (шпал) к месту разрушения колеи
сошедшими вагонами.
Таким образом, служебное расследование причин крушения
грузового поезда было выполнено неграмотно. Отрицательные последствия
этой ошибки заключаются не только в нанесении незаслуженного
материального и морального ущерба невиновным работникам
транспорта, но и в нераскрытии истинной причины крушения.
Если на месте крушения (аварии) обнаружен излом бездефектного
рельса Р65 (по рис. 79), то можно утверждать, что этот излом —
следствие схода колес с рельсов, а не причина. Чтобы сломать
бездефектный рельс в пути, нужна сила, в десятки раз превышающая
действующую при движении исправного подвижного состава с
максимально допускаемой скоростью. Нельзя безоговорочно соглашаться
также с тем, что причиной крушения (аварии) является обнаруженный
излом с усталостной трещиной (дефект 21). Необходимо выяснить,
почему могла возникнуть сверхкритическая сила, вызвавшая
указанный излом.
16.4. Практические рекомендации путейцам,
обследующим место схода
Опыт многочисленных экспертиз материалов уголовных дел,
возбужденных по фактам крушений и аварий поездов, свидетельствует,
что правильное и своевременное (в течение первого дня после
происшествия) графическое оформление положения поезда на продольном
профиле в характерные моменты перед сходом колес с рельсов и пос/те
завершения схода, а также положения в плане сошедших экипажей
имеет большое значение для объективной оценки причин
случившегося. Обусловлено это тем, что именно в первый день тройка — НОД,
УРБ и транспортный прокурор — составляют адресную телеграмму
об обстоятельствах происшествия. На следующий (второй) день уже
завершается составление теми же лицами официального акта
служебного расследования РБУ-1. Поэтому представление путейцами
дополнительных (в том числе графических) материалов после отправки
адресной телеграммы, т.е. на второй день после происшествия, редко
приводит к изменению изложенных в ней выводов. Представлять же
такие материалы в более поздние сроки, как правило, бесполезно.
К сожалению, чаще всего упомянутое графическое изображение
или вообще не делается, или делается так, что не указываются места
расположения светофоров, не анализируется связь показаний
локомотивной сигнализации с местом нахождения локомотива на
продольном профиле, положение в плане сошедших с рельсов экипажей отме-
191

чается небрежно, без обозначения важнейших признаков для
определения причин схода.
Технические экспертизы материалов 40 уголовных дел показали,
что сходили с рельсов вагоны в средней или хвостовой части поезда
в момент, когда головная его часть после затяжного спуска
находилась уже на подъеме или в кривой, где увеличивается сопротивление
движению. Во всех случаях после завершения схода локомотив и
несколько головных вагонов оставались на рельсах.
Характерный пример. В конце затяжного спуска при скорости
66 км/ч на перегоне Ошпер—Петрунь Северной дороги 09.06.93
произошло крушение грузового поезда № 2830, состоявшего из
локомотива 2ТЭ10В и 57 четырехосных грузовых вагонов, в том числе 55
порожних и двух груженых (от локомотива 40-й и 56-й). Когда
локомотив и головная часть поезда въезжали на подъем 9,7 %о и в кривую
радиусом 500 м, сошла с рельсов первая тележка 8-го с головы
порожнего вагона вправо по ходу (вторая тележка не сошла). У 9-го
порожнего вагона сошла тоже первая тележка, но влево по ходу. Эти два
вагона не оторвались от головной части поезда, а вместе с ней
продолжали двигаться, пока локомотив не остановился. Следующие два
порожних вагона оторвались от головной части, причем у 10-го сошла
с рельсов первая по ходу тележка влево, а у 11-го все колеса
находились на рельсах. У 12-го порожнего вагона сошла задняя тележка
вправо по ходу, а у 13-го — задняя тележка влево по ходу.
Последующие 21 порожний вагон сошли с рельсов и образовали завал.
Остальная (хвостовая) часть поезда (23 вагона) осталась на рельсах.
Такое расположение сходов — влево, вправо, после трех первых
сошедших (8, 9 и 10-й) 11-й остался на рельсах и т.д. — характерно
для случаев одновременного выжимания порожних вагонов в
нескольких местах средней части поезда, где возникает максимальная
продольная квазистатическая сила, сжимающая поезд. Такой вывод
подтвердили инженерные расчеты технических экспертов. Тем самым
была обоснованно отвергнута причина, принятая при служебном
расследовании крушения, — температурный выброс звеньевого пути.
Надо учитывать, что к максимальной квазистатической
сжимающей силе при торможении только локомотивным тормозом
добавляется сила, обусловленная сопротивлением движению локомотива и
головной части поезда от подъема и крутизны пути. Наибольшая
добавка — на некотором расстоянии от локомотива. Например, в
поезде нормальной длины при массе каждого вагона 900 кН после
10-го вагона, въехавшего после затяжного спуска на подъем 10 ‰ и в
кривую R = 400 м (когда хвостовая часть следует в конце затяжного
спуска), после жесткого торможения только локомотивным тормозом
(тепловоз 2ТЭ10В) продольная квазистатическая сила сжатия в
автосцепке при коэффициенте сцепления 0,2 будет 690 кН. Добавка от
подъема и кривизны пути составляет 138 кН. Для этого же случая
192

такая сила в автосцепке, соединяющей локомотив с поездом,
составляет 585 кН, т.е. меньше на 105 кН, чем после 10-го вагона, и на
35 кН больше, чем на прямом участке пути. При локомотиве 4ТЭ10М
указанная сила будет не 690, а 966 кН. Методика расчетов
квазистатической силы подробно изложена в главе 3.
Чтобы точно знать, после какого вагона возникает максимальная
квазистатическая сжимающая сила в автосцепке при использовании
только локомотивного тормоза, в том числе при рекуперации,
необходимо в каждом конкретном случае анализировать по упомянутой
методике план и профиль линии, режим движения поезда. Однако
можно сделать несколько общих выводов.
Во-первых, в конце затяжных спусков скорость движения, как
правило, высокая, а тормозная магистраль может быть близка к
истощению в связи с многократным применением служебного
торможения. Именно это побуждает машинистов использовать
вспомогательный локомотивный тормоз, действие которого не
фиксируется на скоростемерной ленте. Если к помощи локомотивного
тормоза прибегли на спуске или горизонтальной площадке, то
наибольшая продольная сжимающая сила возникает в автосцепке,
соединяющей локомотив с поездом. Если же при торможении только
локомотивом голова поезда после затяжного спуска уже находится
на подъеме или в кривой, или и на подъеме и в кривой
одновременно, то максимальная сжимающая сила появляется на
некотором расстоянии от локомотива. Это расстояние определяется в
основном следующими факторами: числом вагонов (вслед за
локомотивом) на подъеме или в кривой; местом размещения порожних
и груженых вагонов; кинетической энергией незаторможенной
хвостовой части поезда, движущейся еще по спуску перед подъемом
или кривой, в пределы которых вошла головная часть поезда.
Во-вторых, при торможении продольная сжимающая
квазистатическая сила, а значит, и горизонтальная поперечная сила воздействия
колес на рельсы зависят от множества конструктивных и
эксплуатационных факторов. Одни из них можно контролировать, измерять,
можно даже управлять ими (режимы движения, распределение
вагонов по длине поезда, общая масса и длина поезда и т.п.). Другие
можно контролировать, но ими нельзя управлять (профиль и план
линии, распределение зазоров в межвагонных связях и т.п.). Имеются
и такие, которые не поддаются контролю и могут быть учтены только
неявно (фактические горизонтальные и вертикальные
эксцентриситеты передачи продольной сжимающей силы при торможении от вагона
к вагону, действительное состояние тормозной системы поезда и
поглощающих аппаратов, квалификация машинистов и т.п.).
Перед выездом путейцев-обследователей (как правило, работников
технического отдела дистанции пути) на место происшествия рекомен-
193

дуется сделать часть сокращенного продольного профиля в
измененном масштабе. При этом нужно поступать так.
1. Направление движения надо указать слева направо (рис. 16.1)
для облегчения последующего сопоставительного анализа скоросте-
мерной ленты, где всегда записывается движение слева направо.
2. На нижней прямой линии необходимо нанести километраж и
пикетаж в масштабе 1 км = 10 см или 1 пикет = 1 см. При этом счет
километража не обязательно должен совпадать с направлением
движения (см. рис. 16.1, б). Выше (через 10 мм) нужно начертить план
линии с указанием радиуса кривой, возвышения наружного рельса и
положения ближайших к месту схода светофоров.
194

3. Далее, как показано на рис. 16.1, б, следует нанести элементы
профиля с указанием их протяжения и крутизны уклонов и четыре-
пять параллельных линий продольного профиля верха головки
рельсов с промежутком 12—13 мм для последующего составления схемы
(после приезда на место происшествия) положения поезда в момент
завершения схода (линия I—I), в момент начала схода (линия II—II)
и в характерные моменты перед сходом. При этом вертикальный
масштаб уклонов лучше увеличить (см. рис. 16.1, б) для наглядности
роли гравитационных сил в формировании продольных сил в
поезде и зависящих от них горизонтальных поперечных сил
воздействия колес тележек на рельсы. Длина заготовки продольного профиля
2—3 км до места схода и 1—2 км после.
4. В дистанции желательно снять три-четыре ксерокопии указанной
заготовки, с тем чтобы после приезда на место происшествия можно
было одновременно нескольким путейцам наносить схему положения
поезда на продольном профиле в характерные моменты.
После прибытия на место схода (крушения или аварии) путейцам-
обследователям рекомендуется сначала нанести на линии I—I
заготовки продольного профиля (см. рис. 16.1, б) схему положения поезда
после завершения схода (V = 0). Для последующего расследования
важно определить место, где остановился локомотив. Поэтому на
линии /—/ необходимо указать место остановки первой по ходу оси
локомотива. Если же к моменту приезда путейцев-обследователей
локомотив и головная часть вагонов (которые не сошли с рельсов) уже
убраны или передвинуты, то место остановки локомотива определяют
следующим образом. На линии I—I наносят место нахождения
первого (по ходу) оставленного вагона. Как правило, это первый по ходу
вагон, у которого колеса одной или обеих тележек сошли с рельсов.
По номеру вагона на трафарете и по натурному листу устанавливают
порядковый номер этого вагона от локомотива. Зная количество и
длину по осям автосцепок отцепленных вагонов и длину локомотива,
расчетом находят место остановки локомотива после завершения
схода. Среднюю длину по осям автосцепки четырехосного вагона
(платформы, полувагона) можно в среднем принимать равной 14 м, а
длину одной секции локомотива (тепловоза, электровоза) — в среднем
17 м. На продольном профиле разрыв поезда между головной нерас-
цепленной частью и хвостовой нерасцепленной частью можно
обозначить пунктиром.
Более подробно расположение сошедших экипажей показывают в
плане, как изображено на рис. 16.2. Размеры прямоугольников —
вагонов — на схеме плана рекомендуется принять такие: ширина 10 мм,
длина 20 мм. Окошки таких размеров целесообразно вырезать в
прозрачной пластинке из оргстекла или другого полимера, чтобы на
месте происшествия легче было чертить схему. На каждом таком
прямоугольнике записывают трафаретный номер вагона, по которо-
195

му, используя натурный лист, устанавливают его порядковый номер
от локомотива. Этот номер пишут в кружке. Писать тип вагона на
схеме нет необходимости, потому что его можно узнать по первой
цифре трафаретного номера.
После прибытия на место происшествия путейцам-обследователям
следует сразу же снять ксерокопию части скоростемерной ленты. К
этой операции необходимо подключиться начальнику дистанции и
другим руководителям-путейцам более высокого ранга, потому что
четкая ксерокопия, сделанная сразу после изъятия ленты с
локомотива, гарантирует от подчисток, подделок и подмены в последующем,
что, по опыту экспертиз, случается и сильно запутывает
расследование. Скоростемерная лента — объективный документ, позволяющий
оценить предаварийную ситуацию.
Обычно на скоростемерных лентах запись трудноразличима,
особенно писцов локомотивных сигналов. Поэтому нельзя делать светлые
ксерокопии, так как на них невозможно различить многие важные
записи. Кроме того, нужно снять еще ксерокопию натурного листа.
Рассмотрим графическЪе оформление положения поезда на
продольном профиле в характерные моменты перед сходом и в момент
схода. После нанесения на линии /—/ (см. рис. 16.1, б) положения
поезда в момент завершения схода чертят его положение на линии
III—III в момент начала торможения (снижения давления в ТМ). При
этом положение локомотива определяют посредством откладывания
тормозного пути против движения от места остановки локомотива на
линии /—/. Тормозной путь устанавливают по скоростемерной ленте
(1 мм на скоростемерной ленте соответствует 200 м пройденного
пути).
На линии II—II отмечают положение поезда в момент первого
схода колес экипажа. Как правило, при аварии или крушении
считают, что первым сошел с рельсов тот вагон, который по натурному
листу следовал за последним не сошедшим с рельсов вагоном голов-
196

ной части поезда. Исключение бывает, когда одновременно сходят две
тележки смежных вагонов. Место начала схода обычно определяют по
следам колес на шпалах, скреплениях и балласте, причем надо иметь
в виду, что после схода первого вагона головной части поезда
незаторможенная хвостовая часть вызывает большую продольную
сжимающую силу в автосцепках между последующими (после сошедшего)
вагонами и могут произойти новые сходы в середине поезда из-за
выжимания вагонов или распора колеи (при костыльном скреплении).
Поэтому определение места первичного схода — задача сложная.
Однако, если тормозной путь больше, чем расстояние от места остановки
локомотива после завершения схода до места его нахождения на
линии II—II в момент схода, то это является неопровержимым
доказательством того, что торможение было применено раньше, чем
произошел сход.
На линиях IV—IV и V—V целесообразно нанести положение
поезда в моменты проезда светофоров или начала резкого снижения
скорости. Если такое снижение происходило в момент, когда поезд
находился на спуске, а давление в ТМ не уменьшалось, то, следовательно,
машинист применил локомотивный тормоз (рекуперацию, прямодей-
ствующий или реостатный), что не фиксируется на скоростемернои
ленте. В каждой дистанции пути одного из работников техотдела
нужно научить грамотно расшифровывать и анализировать
локомотивные скоростемерные ленты.
При расследовании причин схода колес с рельсов необходимо
помнить об общепринятых в мировой практике трех основных правилах.
1. Если сошел с рельсов локомотив или локомотив и головная
часть поезда, то причину схода прежде всего надо искать в состоянии
пути.
2. Если с рельсов сошли вагоны, тем более порожние, в средней или
хвостовой части поезда, то причину нужно искать в режиме ведения
поезда (сверхкритическое отношение Н/Р) или в неисправностях
ходовых частей вагонов.
3. Если во время крушения или аварии в нагромождении сошедших
экипажей обнаружены изломы рельсов, боковин и других деталей
даже при наличии старых усталостных трещин или непроваров, то не
следует безоговорочно принимать эти изломы в качестве причины
крушения или аварии. Необходимо определить, почему могла
возникнуть сверхкритическая сила, вызвавшая их. В большинстве случаев
такие изломы — не причина, а следствие схода колес с рельсов.
197

17. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПРИЧИН СХОДА
С РЕЛЬСОВ ПОРОЖНИХ ВАГОНОВ
17.1. Что необходимо знать путейцам
при обследовании сошедших с рельсов тележек
Путейцам очень важно оценить техническое состояние первых двух
сошедших тележек. Почему первых двух? Потому что сход
последующих тележек является уже следствием схода указанных первых двух по
ходу поезда.
К сожалению, в большинстве случаев участвующие в
расследовании специалисты-путейцы недостаточно осведомлены об устройстве,
особенностях эксплуатации и причинах образования неисправностей
(дефектов) в ходовых частях вагонов. А ведь такие знания, хотя бы
приближенные, крайне необходимы при определении причин схода
подвижного состава с рельсов. Путейцам необходимо знать опасные
дефекты в ходовых частях, с которыми вагон нельзя включать в поезд.
Запрещается прицепка грузовых вагонов, если: суммарный зазор
между скользунами с обеих сторон тележки у всех типов вагонов,
кроме хоппер-дозаторов ЦНИИ-2 и ЦНИИ-3, составляет более 20 и
менее 2 мм, а для хоппер-дозаторов — не более 12 и не менее 6 мм;
есть излом или трещина в клине фрикционного гасителя колебаний;
нет колпака скользуна или он сломан; неисправно рессорное
подвешивание: излом хомута, листа рессоры, хотя бы одной пружины;
трещина в коренном листе рессоры, хомуте, пружине, кольце, подвеске,
серьге; сдвиг или перекос рессор; излом одной наружной или
внутренней подклиновой пружины,
Особенно четко необходимо знать неисправности в колесных
парах. Запрещается (при скоростях до 120 км/ч) эксплуатировать
вагоны, когда имеются трещина в любой части оси колесной пары, в
ободе, диске, ступице; остроконечный накат на гребне колеса; износы
и повреждения по прокату у локомотивов и вагонов в поездах
дальнего пассажирского сообщения более 7 мм, у вагонов местного и
пригородного сообщения — более 8 мм, у грузовых вагонов — более
9 мм; толщина гребня более 33 мм или менее 25 мм у локомотивов
при измерении на расстоянии 20 мм от вершины гребня при его
высоте 30 мм, а у подвижного состава с высотой гребня 28 мм — на
расстоянии 18 мм; вертикальный подрез гребня больше чем 18 мм
(измеряется специальным шаблоном); ползун (выбоина) на
поверхности катания колес локомотивов, моторвагонного подвижного состава,
вагонов с роликовыми подшипниками более 1 мм, а с подшипниками
скольжения — более 2 мм.
198

Необходимо знать порядок назначения скорости дальнейшего
следования поездов при обнаружении в них вагонов с ползуном на
колесной паре. Если у вагона (кроме моторного), электро- или дизель-
поездов обнаружен ползун (выбоина) глубиной более 1 мм, но не
более 2 мм, то разрешается довести такой вагон без отцепки от поезда
(пассажирский со скоростью до 100 км/ч, грузовой — не свыше
70 км/ч) до ближайшего пункта технического обслуживания,
имеющего средства для замены колесных пар. При ползуне на колесе вагона
от 2 до 6 мм, а локомотива и иностранного вагона от 1 до 2 мм
допускается следование поезда до ближайшей станции со скоростью
15 км/ч, а при ползуне соответственно свыше 6 до 12 мм и свыше 2 до
4 мм — со скоростью 10 км/ч до того пункта, где колесная пара
должна быть заменена. При ползуне на колесе вагона свыше 12 мм, а
локомотива и моторного вагона свыше 4 мм разрешается следование
поезда со скоростью 10 км/ч при условии вывешивания или
исключения возможности вращения колесной пары. При включении грузовых
вагонов в пассажирские поезда нормы содержания колесных пар
должны удовлетворять тем, которые установлены для пассажирских
поездов. При скоростях движения свыше 120 км/ч (до 140 км/ч) допуск
по прокату и толщине гребня ужесточается согласно параграфу 10.3
ПТЭ (№ ЦРБ/162 от 25.04.93).
Необходимо также знать неисправности букс: излом бурта
внутреннего кольца или сепаратора заднего подшипника; разрушение
подшипника, заклинивание роликов.
Разница между осями автосцепки по высоте не допускается более:
в грузовом поезде — 100 мм, между локомотивом и первым груженым
вагоном — НО мм, в пассажирском при скоростях до 120 км/ч —
70 мм, 121—140 км/ч — 50 мм, между локомотивом и первым
вагоном — 100 мм.
Изложенные нормативы очень важны, но начинать обследование
первых двух сошедших с рельсов тележек необходимо с выявления и
количественной оценки главного показателя аварийного бокового
воздействия гребней колес тележки на головку рельса, т. е. с
количественной оценки степени аварийности ("шалости") тележки по
боковому воздействию на рельсы.
Обследуя тележки, путейцам необходимо обратить самое
пристальное внимание и на само место схода. Характерные "слабые" места, где
"шальная" тележка создает аварийную ситуацию при торможении
поезда, были подробно рассмотрены в п. 4.3.
199

17.2. Проверка главного показателя аварийности
("шалости") тележки
Известно, что чем больше сила прижатия гребня колеса (в процессе
движения поезда) к боковой грани головки рельса, тем интенсивнее
изнашивается гребень. Но величина износа гребня без учета пробега
еще недостаточно характеризует аварийность бокового воздействия
колеса на рельс. Если пробег значительный, например более 300 тыс.
км, то даже при небольших боковых силах прижатия гребня к боковой
грани головки рельса износ гребня может быть существенным. Но в
этом случае и вертикальный износ обода колеса по среднему кругу
катания будет тоже значительным. Поскольку объективным
оценочным показателем пробега является вертикальный износ обода колеса
по среднему кругу катания, то объективным оценочным показателем
силы бокового прижатия гребня колеса к головке рельса следует
считать отношение износа гребня к износу обода по среднему кругу
катания. Поэтому основным показателем степени аварийности
("шалости") тележки при ее обследовании необходимо принимать
отношение ei износа гребня А к износу обода h по среднему кругу катания.
Чем больше это отношение, тем больше степень аварийности
("шалости") тележки. Итак, первый основной показатель степени "шалости"
(аварийности) тележки
Именно отношение разности износа гребней колес колесной пары
к среднему износу их обода по среднему кругу катания наиболее
полно характеризует степень аварийности "шальной" тележки. Дело в
200
Второй основной (главный) показатель степени аварийности
("шалости") тележки е2 — это отношение разности износа левого (по ходу)
Ал и правого Δп гребней колесной пары к среднему износу обода (по
среднему кругу катания) левого hл и правого hп колес:

том, что указанный второй показатель позволяет оценить совместную
роль в создании аварийной ситуации смежных осей соседних тележек
смежных вагонов. Рассмотрим это на примере анализа причин аварии
09.06.97 порожнего поезда № 2434 на перегоне Мга—Назия
Октябрьской железной дороги.
В табл. 17.1 приведена выписка из акта комиссионного осмотра
технического состояния сошедших первыми двух смежных тележек
соседних (41-го и 42-го от локомотива) порожних вагонов.
В итоге комиссионного осмотра проводившие его основные
специалисты дороги по вагонному хозяйству сделали формально
возможный, но по существу ошибочный вывод, что "указанные в таблице
замеры соответствуют ПТЭ и инструкции ЦВ-48534". Формально
возможный потому, что действительно в ПТЭ и инструкции ЦВ-48534 нет
норматива допускаемого отношения разности износа гребней
колесной пары к среднему износу обода ее колес. Но любому специалисту
по проблеме износа колес и рельсов очевидно, что показатель степени
аварийности ("шалости") первой оси 42-го вагона от локомотива
согласно формуле (17.3) был чрезвычайно высок:
201
а второй по ходу тележки 41-го от локомотива вагона по последней
оси тоже значителен и имеет обратный знак (минус):

Другими словами, первая ось первой тележки 42-го от локомотива
вагона в процессе движения была прижата гребнем к головке одной
рельсовой нити с силой, в 8,75 : 3,47 = 2,5 раза большей, чем последняя
ось 41-го вагона к головке другой по ходу рельсовой нити.
Ошибочность заключения указанной комиссии состоит в том, что она обязана
была ответить на вопрос, почему при малом вертикальном среднем
износе обода колес последней по ходу колесной пары 42-го вагона (всего
0,4 мм) разность износа гребней правого и левого колес такая большая
(3,5 мм) и e2 = 3,5 : 0,4 = 8,75. Это высокий показатель степени
аварийности ("шалости") тележки по боковому воздействию гребня на
головку рельса. Причина этого схода отнесена на путейцев. То, что
незаслуженно наказаны руководители путевого хозяйства - это полбеды.
Главная беда в том, что эта "шальная" тележка даже при служебном
торможении (если вагон будет порожним) допускает возможность
неоднократных повторений аналогичных сходов. Для предотвращения
таких сходов в будущем необходимо ЦРБ, ЦП и ЦВ МПС добиться
быстрейшего утверждения нормативов показателя аварийности тележек
по боковому воздействию на рельсы. По нашему мнению, этот
норматив должен иметь три степени: первая степень [ei\ = 3...5, вторая степень
[e2] = 5...8 и третья степень[e2] > 8. Вагоны, у которых e2 > 8, должны
немедленно отцепляться из поезда. При наличии в поезде вагонов, у
которых e2 = 5...8, в процессе движения не должно применяться жесткое
торможение, в том числе полное служебное, экстренное и торможение
только локомотивом. При обнаружении вагонов с e2 = 3...5 наносится
метка, что тележка имеет первую степень аварийности.
202

Путейцы-практики должны иметь соответствующий
измерительный инструмент для измерения значений износа гребней и обода.
В настоящее время опытно-конструкторским бюро "Интранс" на
заводе "Металлист" в Москве создан двухоперационный прибор —
скоба СК-6, предназначенная для замеров проката бандажа и износа
гребня колес, а также вертикального и бокового износа головки
рельса (рис. 17.1). Такими скобами надо оснастить все дистанции пути.
17.3. Выявление основных причин схода порожних вагонов
в кривых участках пути
На дорогах России в последнее десятилетие, особенно в 2001 г.,
участились случаи схода порожних вагонов в кривых участках пути.
Как правило, сходит с рельсов тележка под порожним вагоном в
средней части поезда и следует в сошедшем состоянии два и более
километра. При этом скорость движения, как правило, не снижается
и последующие вагоны следуют без схода. Сам факт, что
последующие вагоны проследовали без снижения скорости по месту схода
тележки предыдущего вагона, является неопровержимым
доказательством отсутствия путейских причин схода. Ведь последующие
(исправные) вагоны проследовали без схода.
Несколько примеров.
На перегоне Евдаково — Сачуны Юго-Восточной железной дороги
29.04.01 г. при следовании со скоростью 58 км/ч по спуску 8 ‰
порожнего грузового поезда в кривой радиусом 636 м (возвышение
наружного рельса 100 м) сошла с рельсов третья колесная пара под 14-м от
локомотива порожним зерновозом. Всего в составе 67 вагонов. Без
снижения скорости поезд проследовал с сошедшей указанной
колесной парой 2,2 км. При этом последующие 53 вагона (после сошедшего)
проследовали без схода.
На этом же перегоне на следующий день, т. е. 30.04.01. г., но в
другой кривой радиусом 600 м (возвышение наружного рельса 80 мм)
при следовании порожнего грузового поезда со скоростью 61 км/ч по
затяжному спуску 11,34 ‰ сошла с рельсов первая тележка 23-го от
локомотива порожнего зерновоза. Всего в составе 67 вагонов. Без
снижения скорости поезд проследовал с сошедшей указанной
тележкой 900 м. При этом последующие 44 вагона проследовали без схода.
На Пермском отделении Горьковской железной дороги в период
1999—2001 гг. произошло 11 аналогичных сходов порожних вагонов
в кривых радиусом 550—670 м (возвышение наружного рельса 80—
100 мм) при скорости движения 57—79 км/ч и количестве вагонов
в поезде 51—72. В большинстве случаев последующие вагоны (после
вагона с сошедшей тележкой) безопасно проследовали место схода.
203

Характерен пример схода последней тележкой последнего (79-го)
груженого зерновоза на подъеме 9,4 ‰ при следовании поезда со
скоростью 36 км/ч по кривой радиусом 637 м (возвышение наружного
рельса 100 мм) на Горьковской железной дороге 14.07.00 г.
Автор был участником повторной судебно-технической
экспертизы по материалам уголовного дела, возбужденного по факту данного
схода (в число экспертов также входили главный научный сотрудник,
доктор технических наук Г. Г. Желнин и заведующий лабораторией
бесстыкового пути кандидат технических наук Н. П. Виногоров).
Авторы первой судебно-технической экспертизы — вагонник
профессор кафедры "Вагоны и вагонное хозяйство" МИИТа А. Н. Шама-
ков, и локомотивщик, инженер-механик В. С. Нефедов, не являясь
специалистами по устойчивости и надежности бесстыкового пути, в
своем заключении в качестве причины схода груженого зерновоза
назвали температурный выброс бесстыкового пути под груженым
зерновозом (масса груза 47 тс), что противоречит объективному и
незыблемому закону реализации потенциальной энергии тогда, когда ей
легче реализоваться. Как уже отмечалось ранее, реализоваться
температурному выбросу рельсовой колеи перед движущимся локомотивом
в несколько десятков раз легче, чем под вагоном, тем более под
груженым зерновозом со сгущенным расположением осей. Поэтому
комиссией второй судебно-технической экспертизы категорически и
обоснованно была отвергнута причина схода груженого зерновоза,
выдвинутая первой экспертизой.
Нами (членами второй экспертизы) была обоснована следующая
причина схода: сдвиг первой по ходу тележкой зерновоза рельсош-
пальной решетки внутрь кривой и сход последней тележки вследствие
накатывания гребня на головку искривленного внутрь кривой
наружного рельса. Сдвиг произошел из-за затруднения поворота первой
тележки при ее следовании с круговой кривой в прямую по
переходной кривой. Это утверждение основано на анализе положения в плане
первой и второй по ходу тележек при следовании по круговой кривой
(рис. 17.2, а) и неизбежного изменения этого положения при
следовании по переходной кривой и входе на прямую, а также на анализе
сопротивления повороту тележек (рис. 17.2, б). На рис. 17.2, а
показано установившееся положение тележек при следовании по круговой
кривой. При следовании первой по ходу тележки по переходной
кривой из-за затруднения ее поворота на угол ά1 возникла боковая сила,
под действием которой начался сдвиг колеи внутрь кривой. При
наезде второй по ходу (последней в поезде) тележки на сдвинутый на
30—50 см первой тележкой путь левое колесо первой оси второй
тележки перекатилось через наружный рельс. После схода наружу
кривой первой оси последней тележки вследствие перекатывания
гребня через наружный рельс из-за резкого увеличения угла набегания
после сдвига колеи внутрь кривой частично уменьшились угол набе-
204

гания и нагрузка на внутренний скользун первой тележки, а значит, и
частично уменьшилось сопротивление повороту тележки. Поэтому
сдвиг прекратился. Этим объясняется сохранение на малом
расстоянии не сдвинутого внутрь кривой пути. При дальнейшем движении
уже в конце переходной кривой и в начале прямого участка при
окончательном повороте первой тележки на угол ά1 под действием
боковой силы опять начался сдвиг под первой тележкой внутрь
кривой и на этом сдвиге произошел сход второй оси последней тележки
наружу колеи из-за значительного угла набегания,
спровоцированного сходом последней тележки и относом ее примерно на 50 см. С этого
места след от качения обеих колесных пар постепенно сместился:
наружных колес — за пределы концов шпал, а внутренних колес —
примерно на середину расстояния между рельсами. При этом из-за
относа второй тележки примерно на 50 см влево по ходу из-за ее схода
с рельсов уменьшился угол набегания заклиненной первой тележки на
внутренний рельс и уменьшилась вертикальная нагрузка на ее
внутренний скользун, поэтому прямой участок она проходила при угле
набегания, близком к нулю. В таком положении последний вагон
205

следовал в поезде до станции, разбивая обоими колесами
железобетонные шпалы по оси пути.
Необходимо обосновать, почему первая тележка сдвинула колею,
а не сошла с рельсов с перекатыванием гребней через внутренний
рельс. Обоснование следует из рис. 17.3. При возвышении наружного
рельса h = 100 мм (такое возвышение было на кривой с радиусом
637 м) кузов весом 60 тс (47 тс —вес зерна + 13 тс — вес тары
кузова) опирался на каждую тележку через подпятник в точке О
и на внутренний скользун. Сила Рв давления на внутренний скользун
тележки определена из условия равенства моментов действующих
сил относительно точки О:
206
При следовании по круговой кривой из-за избытка возвышения h
для скорости 36 км/ч кузов опирался на подпятники в точке О и на
внутренние скользуны тележек с
силой по 2,74 тс на каждый
внутренний скользун. При этом
нагрузка на каждый подпятник
была уменьшена на 2,74 тс, а
значит, увеличена нагрузка от
внутренних колес на внутренний
рельс кривой и уменьшена на
наружный. При входе первой по
ходу тележки в переходную
кривую тележка не могла
развернуться и оставалась в положении,
показанном на рис. 17.2, а.
Именно поэтому произошел сдвиг
рельсошпальной решетки внутрь
кривой. Причин, по которым
первая тележка не смогла
развернуться из положения,
показанного на рис. 17.2, а, в положение,

необходимое при входе с кривой в переходную кривую и прямую,
несколько. Главная из них — это повышенный момент сопротивления
повороту тележки из-за чрезмерного трения (зацепления) во
внутреннем скользуне и в подпятнике. Вторая причина — избыток
возвышения наружного рельса для скорости V = 36 км/ч (непогашенное
ускорение άнп = - 0,46 м/с при допускаемом значении - 0,3 м/с2; кроме
этого при таком избытке возвышения и малой скорости направление
движения осуществляется внутренней нитью). Третья причина —
высокий центр тяжести (hцт) у вагонов-зерновозов. Четвертая причина —
наличие силы тяги (поезд шел на подъем), которая из-за появления
угла в плане трансформировалась в добавочную боковую силу. Но
вторая и третья причины не могли бы воспрепятствовать повороту
тележки, если бы не было чрезмерного сопротивления скольжению на
внутреннем скользуне первой тележки и в подпятнике. В материалах
уголовного дела нет данных об обследовании указанного скользуна и
подпятника. Это упущение лиц, производивших служебное
расследование, или, возможно, это упущение было сделано преднамеренно.
Вызывает удивление, почему лица, производившие служебное
расследование, а также осуществившие первую судебно-техническую
экспертизу (вагонник А. Н. Шамаков и локомотивщик В. С. Нефедов), не
учли элементарную истину, что хорда всегда короче дуги и уже
поэтому нельзя было сдвиг рельсошпальной решетки внутрь кривой
оценивать, как температурный выброс. Температурный выброс — это
необходимое (из-за нагрева рельса) удлинение, а не укорочение дуги.
Изложенное выше, а также анализ множества других сходов
порожних вагонов на дорогах России позволяют сделать обобщающие
выводы об основных причинах таких сходов и о реализации мер по
их предотвращению.
Анализ показал, что сходы порожнего вагона происходят в
средней части поезда в основном в переходных кривых одной тележкой
или одной колесной парой. На переходной кривой с прямого участка
в круговую кривую, как правило, сходит вторая по ходу тележка или
первая колесная пара второй тележки. На переходной кривой с
круговой кривой в прямую при затруднении поворота первой тележки
происходит сдвиг рельсошпальной решетки под этой тележкой внутрь
кривой или при реализации поворота первой тележки она сходит
наружу колеи. При этом, как правило (в первом случае всегда, а во
втором случае если не было сдвига колеи), тележка в сошедшем
состоянии следует по балласту и шпалам без снижения скорости поезда. По
месту схода указанных тележек беспрепятственно проходят
последующие вагоны (30—50 и более вагонов) без снижения скорости. Из этого
следуют важные выводы о причинах схода.
Во-первых, факт проследования последующих 30—50 вагонов без
схода свидетельствует, что основная причина — это неисправность
207

При d = 0,95 м (типовое вагонное колесо) неизбежное продольное
скольжение нового колеса за один оборот по наружному рельсу
кривой при R = 400 м составляет 6,5 мм, а изношенного — 12 мм.
Указанное продольное скольжение гребня по боковой грани
головки рельса происходит одновременно с круговым его скольжением,
величина которого зависит в основном от разности Δр радиусов от
оси колесной пары до контакта гребня с боковой гранью головки
рельса и контакта обода с верхом головки (см. рис. 12.1). При этом
вектор совместного сопротивления круговому и продольному
скольжению гребня по боковой поверхности головки наружного рельса
кривой направлен с отклонением вверх от направления рельса на
4—8° (см. рис. 12.9). Это способствует накатыванию прижатого
гребня на наружный рельс кривой, т. е. выжиманию порожних вагонов.
При недостатке возвышения разность длин наружной и внутренней
рельсовых нитей кривой с одной стороны и развернутых длин кругов
катания колес, следующих по наружной и внутренней рельсовой нити,
с другой реализуется за счет скольжения колес по внутренней
рельсовой нити против направления движения (боксование).
Поэтому важной практической мерой предотвращения сходов
порожних вагонов в кривых является ликвидация избытка возвыше-
208
ходовых частей сошедшего вагона. Неисправности пути в этих
случаях можно рассматривать только как сопутствующие причины схода
неисправного вагона, потому что исправные вагоны прошли без
схода.
Во-вторых, основную причину схода из-за неисправности
сошедшего вагона и сопутствующую причину в неисправностях пути
необходимо искать в комплексном рассмотрении процесса движения
тележек сошедшего вагона по переходным кривым с учетом скорости
движения, величины суммы зазоров в скользунах, расположенных по
диагонали, возвышения наружного рельса и крутизны его отводов в
пределах переходых кривых, а также бокового износа рельсов и
продольных сил в автосцепках при торможении поезда. Но сначала
напомним (см. гл. 14), что при движении тележки по круговой кривой с
избытком возвышения наружного рельса (άнп < +0,2 м/с ) при
каждом обороте колеса из-за жесткой насадки колес на оси происходит
неизбежное продольное (вдоль пути) его скольжение по наружному
рельсу кривой по направлению движения. Величина указанного
скольжения А за один оборот колеса зависит от радиуса кривой R и
диаметра колеса d:

ния наружного рельса. Эта мера важна еще и потому, что при
пониженном возвышении легче предотвратить сходы и в переходных
кривых. Судите сами. Сейчас практически повсеместно в кривых
с наиболее распространенным радиусом 500—900 м возвышение
наружного рельса составляет около 100 мм. Поскольку средняя
техническая скорость движения грузовых поездов на дорогах России
в разные годы колеблется от 42 до 45 км/ч, то указанное возвышение
100 мм при R =500—900 м является чрезмерно избыточным для
грузовых поездов (непогашенное ускорение άнп < 0). При этом
более 50 % грузовых поездов следуют по кривым с перевалкой
кузова на внутренние скользуны. При таком положении кузова
затрудняется поворот тележек при входе вагона с прямой по
переходной кривой в круговую кривую, а также при выходе с круговой
кривой по переходной кривой в прямую. Дело в том, что на
протяжении переходной кривой объективно существует пропеллер-
ность положения верха головок обоих рельсов по протяжению.
Согласно действующему нормативу допускается уклон отвода
возвышения наружного рельса 3 ‰, т. е. 3 мм на 1 м, при скорости
движения поездов 50 км/ч (см. табл. 2.1 Инструкции по текущему
содержанию железнодорожного пути, утвержденной в 2000 г.). Это
значит, что при движении вагона, у которого расстояние между
шкворнями 10 м, пропеллерность рельсовой колеи по диагонали
составляет 30 мм. У вагонов нет обоснованного норматива по
минимальной сумме зазоров в скользунах, расположенных по
диагонали, как нет норматива и по пропеллерности уровня положения
скользунов. Поэтому при движении вагона в конце переходной
кривой перед круговой кривой с избытком возвышения
максимальная нагрузка от кузова приходится на второй по ходу скользун
над внутренней рельсовой нитью кривой. Второй по ходу скользун
над наружной рельсовой нитью обезгружен, что облегчает
накатывание гребня первой оси второй тележки на наружный рельс,
особенно при наличии бокового износа его головки. При этом
способствует указанному накатыванию гребня на головку наружного
рельса затруднение поворота второй по ходу тележки вследствие
продольного и кругового скольжений гребня по боковой грани
головки наружного рельса из-за чрезмерного пригруза внутреннего
скользуна.
При движении вагона по переходной кривой после круговой
кривой с избытком возвышения максимально нагружен скользун над
внутренним рельсом кривой первой по ходу тележки. В этом случае
возможны три варианта сходов:
1) если имеется большое сопротивление повороту первой по ходу
тележки из положения, которое она занимала при движении по
круговой кривой, то происходит сдвиг рельсошпальной решетки внутрь
кривой (см. рис. 17.2);
209

2) если же сопротивление повороту первой тележки меньше, чем
сопротивление сдвигу колеи, то возможен сход первой тележки из-за
накатывания гребня ее первой оси на наружный рельс переходной
кривой вследствие разгрузки скользуна над наружным рельсом и
неизбежного продольного скольжения гребня по боковой грани
наружного рельса из-за избытка возвышения;
3) возможен вариант схода второй по ходу тележки из-за
накатывания гребня на наружный рельс вследствие трудности поворота этой
тележки при следовании по переходной кривой из положения, которое
она занимала в пределах круговой кривой.
Важным доказательством вреда избытка возвышения наружного
рельса в кривых служит отсутствие сходов порожних вагонов из-за
выжимания, следующих со скоростью 40—50 км/ч по переводным
кривым стрелочных переводов, где радиус составляет всего 300 м и нет
вообще возвышения наружного рельса над внутренним. Следует
вспомнить случай крушения на станции Каменка, расположенной в
конце затяжного спуска. Грузовому поезду был приготовлен маршрут
на боковой путь по стрелочному переводу марки 1/11 (радиус
переводной кривой 300 м), но пассажирский поезд с этого пути пока еще не
был отправлен. Входной сигнал был красным (прием закрыт). Но в
головной части грузового поезда оказался перекрыт кран тормозной
магистрали и поэтому машинист не смог остановить поезд перед
запрещающим входным сигналом. В результате грузовой поезд
проехал на боковой путь по стрелочному переводу со скоростью 100 —
120 км/ч без схода и произошло столкновение с хвостовой частью
пассажирского поезда. Были жертвы.
Возникает вопрос, почему при такой большой скорости не
произошел сход локомотива и вагонов в пределах переводной кривой
с h = 0 и R = 300 м? Ответ однозначен. Потому что были сильно
пригружены скользуны над наружным рельсом кривой, что не
позволило накатиться гребню на головку наружного рельса.
Главный вывод. Важным резервом повышения безопасности
движения поездов и снижения интенсивности бокового износа рельсов и
гребней колес является ликвидация избытка возвышения наружного
рельса в кривых. При этом уменьшится длина переходных кривых, что
облегчит путейцам содержать переходные кривые с более плавным
отводом возвышения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассмотренные в данной книге причины и механизм схода колес с
рельсов, причины и механизм бокового износа рельсов и гребней
колес, технические и технологические решения по предотвращению
сходов и снижению износа рельсов и колес — это результат
многолетней научно-исследовательской деятельности автора по указанным
проблемам, а также многих десятков судебно-технических экспертиз,
выполненных автором по материалам уголовных дел, возбужденных
по фактам крушений и аварий поездов.
Автор надеется, что данная книга будет полезна путейцам и
железнодорожникам других специальностей, особенно ревизорским
работникам, специалистам по вагонам и локомотивам. Книга может
быть успешно использована при проведении технической учебы в
линейных предприятиях железных дорог, особенно в путевом
хозяйстве при расследовании причин схода колес с рельсов.
Издательство "Транспорт" и автор с благодарностью воспримут
отзывы и замечания по книге, а также рекомендации по последующим
ее переизданиям.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Коган А . Я . Оценка потери материала рельсов и бандажей колесных пар при
движении подвижного состава в кривых участках пути//Повышение надежности и
эффективности работы железнодорожного пути в условиях роста осевых нагрузок
подвижного состава: Межвузовский сб. науч. трудов. Новосибирск, 1989. С. 15—20.
Козейчук П. Г. О величине забега при набегании оси//Железнодорожная
техника, 1936, № 18.
Крагельский И. В., Добычин М. Н., Комбалов В. С.
Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. 526 с.
Лукьянов А. В., Лукьянов С. А. Методика экспериментальных
исследований условий контактирования с рельсами холес движущихся поездов//По-
вышение прочности и надежности пути: Сб. науч. трудов. М.: Транспорт, 1989. С.
36-44.
Л ы с ю к В. С. Основные причины и механизм схода колес с рельсов//Путь и
путевое хозяйство. 1996. № 4. С. 11—90. № 5. С. 17—37.
Лысюк В. С. О роли в повреждении рельсов их динамической разуклонки.
контактных деформаций головки и проскальзывания колес//Динамика механических
систем. Сб. науч. трудов ИТМ АН УССР. Киев: Наукова думка. 1983. С. 157—169.
Уменьшение бокового износа рельсов и гребней колес. В. С. Лысюк, А. В. Лукьянов.
В. Н. Цюренко и др. Управление надежностью железнодорожного пути. М., Транспорт.
1991. С. 58—69.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 3
/. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ И МЕХАНИЗМ СХОДА КОЛЕС С РЕЛЬСОВ 5
1. Натурные эксперименты по сходу колес с рельсов 5
1.1. Эксперименты по сходу колес с рельсов из-за выжимания экипажей,
распора и сдвига колеи 5
1.2. Эксперименты по сходу колес с рельсов из-за сжатия поезда
продольной силой при торможении 8
1.3. Нормативы допускаемого бокового воздействия колес тележки
на путь 10
1.4. Нормативы допускаемых продольных квазистатических сжимающих
сил в поезде 12
2. Причины роста продольных сил сжатия в поезде 14
2.1. Влияние массы локомотива и режима ведения поезда на продольные
силы сжатия в поезде 14
2.2. Влияние на продольную квазистатическую сжимающую силу
в поезде его массы и длины 17
2.3. Влияние на продольную квазистатическую сжимающую силу
в поезде профиля и плана линии 19
3. Боковое воздействие на рельсы колес тележки, обусловленное
квазистатическим сжатием поезда при торможении 22
3.1. Методика расчета дополнительного бокового воздействия колес
тележки на рельсы, обусловленного квазистатическим сжатием
и растяжением поезда 22
3.2. Количественная оценка группового бокового воздействия на рельсы
колес тележек некоторых типов тепловозов, грузовых и пассажирских
вагонов при торможении поездов 27
3.3. Особенности конструкции ходовых частей вагонов, обусловливающие
образование эксцентриситетов е и 5 30
3.4. Сопротивление современных конструкций пути групповому боковому
воздействию колес тележки 32
4. " Шальная" тележка выискивает слабое место в пути 33
4.1. Что такое "шальная" тележка? Особенности ее поведения
и способы выявления 33
4.2. Основные причины, почему тележка становится "шальной" 37
4.3. Продольные сжимающие силы в поезде при его торможении
помогают "шальной" тележке выискивать слабое место в пути
и создавать аварийную ситуацию 38
5. Виды и механизм схода колес с рельсов 42
5.1. Основные виды схода колес с рельсов 42
5.2. Механизм схода колес с рельсов при распоре колеи и возможные
последствия такого схода 44
5.3. Механизм схода колес с рельсов из-за выжимания порожних вагонов
(вкатывания гребня на головку рельса) 47
5.4. Механизм схода колес "шальной" тележки в зоне входных стрелок . . 49
5.5. Механизм схода колес при изломе рельсов 56
5.6. Образующаяся при боковом износе рельсов "полка" в нижней части
головки — причина виляния тележек и повреждения колеи 64
213

5.7. Механизм схода колес с рельсов при сдвиге колеи "шальной"
тележкой и при наезде локомотива на место температурного выброса
бесстыкового пути 67
6. Научное обоснование невозможности температурного выброса рельсовой
колен под поездом 69
6.1. Что такое температурный выброс рельсовой колеи? Основные
признаки выброса и факторы, влияющие на него 69
6.2. Сравнительная оценка боковых температурных сил от рельсовых
плетей на шпалы с силами сопротивления колеи выбросу без поезда
и под поездом 75
6.3. Примеры ошибочного отнесения причин схода колес на
температурный выброс колеи 79
6.4. Расследование случаев нарушения безопасности движения,
связанных с выбросами пути 86
7. Сходы в кривых из-за избыточного возвышения наружного рельса 90
7.1. Квазистатическая нагрузка на скользуны тележки грузового вагона
при движении по кривым 90
7.2. Квазистатическая нагрузка на скользуны тележки локомотива
и пассажирского вагона при движении по кривым 95
7.3. Влияние избытка возвышения наружного рельса в кривых
на сход порожних вагонов 100
8. Три основных правила расследования причин сходов поездов за рубежом . . 103
8.1. Первое правило — при сходе с рельсов локомотива (головной
части поезда) необходимо прежде всего искать путейскую причину 103
8.2. Второе правило — при сходе с рельсов экипажей в средней
или хвостовой части поезда причину необходимо искать в состоянии
ходовых частей экипажей или в режиме ведения поезда 104
8.3. Третье правило — при обнаружении на месте схода поезда изломов
рельсов и деталей ходовых частей экипажей необходимо прежде всего
искать причину возникновения сверхнормативных сил, вызвавших
указанные изломы 104
9. Анализ скоростемерной ленты 106
9.1. Основные записи на скоростемерной ленте и их расшифровка 106
9.2. Оценка по скоростемерной ленте характера торможения
и фактической скорости движения поезда 112
9.3. Основные требования к поездным тормозам по обеспечению
безопасности движения 121
10. Меры по предотвращению схода колес с рельсов 128
10.1. Технические и технологические меры по предотвращению
схода колес с рельсов по путейским причинам 128
10.2. Меры по предотвращению аварийных ситуаций из-за роста
отношения Н/Р 130
10.3. О необходимости перехода на рыночные (экономические)
методы управления безопасностью движения поездов 132
//. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ И МЕХАНИЗМ ИНТЕНСИВНОГО БОКОВОГО
ИЗНОСА РЕЛЬСОВ И ГРЕБНЕЙ КОЛЕС 134
11. Современная наука о фрикционном износе (трибология) применительно
к боковому износу рельсов и гребней колес 134
12. Круговое скольжение гребней колес по боковой грани головки рельса . . . 138
12.1. Методика и результаты расчета пути кругового скольжения
гребней колес по боковой грани головки рельса 138
12.2. Анализ различия радиусов контактирования обода колеса
с верхом головки рельса и гребня с боковой ее гранью 140
12.3. Оценка влияния на путь кругового скольжения гребня колеса
по боковой грани головки рельса угла набегания а 143
214

12.4. Анализ фактических углов набегания а на дорогах России 146
12.5. Оценка направления кругового скольжения в точке контакта гребня
с боковой гранью головки рельса 150
12.6. Влияние угла набегания а на круговое скольжение гребня
гю изношенной боковой грани головки рельса (остряка) 151
13. Продольное скольжение колес по рельсам • . 154
13.1. Методика и результаты теоретического расчета пути продольного
скольжения колес по рельсам в кривых 154
13.2. Методика экспериментальной оценки продольного скольжения
колес по наружному рельсу кривой 158
13.3. Анализ перераспределения износа рельсов с внутренней
на наружную нить кривых и снижения за счет этого контактно-
усталостных повреждений рельсов 161
13.4. Типичные полигоны распределения значений фактических
скоростей движения поездов в кривых 165
13.5. Что такое избыток возвышения, почему он образовался
и как определить его значение? 166
13.6. Анализ причин перераспределения после 1984 г. износа
с внутренней на наружную рельсовую нить кривых 170
14. Образование эффекта "точила" при круговом и продольном
скольжениях гребня по боковой грани головки наружного рельса
кривых при избытке возвышения 175
14.1. Механизм бокового износа головки наружного рельса в кривых
при избытке его возвышения 175
14.2. Круговое и продольное скольжение колеса по головке наружного
рельса кривых — основная причина дополнительного сопротивления
движению 177
15. Практические рггошилацин по снижению интенсивности бокового
износа рельсов и гребней молве 179
///. РЕКОМЕНДАЦИИ ПУТЕЙЦАМ ПО РАССЛЕДОВАНИЮ ПРИЧИН СХОДА КОЛЕС С
РЕЛЬСОВ 185
16. Расследование причин схода колес с рельсов 185
16.1. Существующая практика 185
16.2. Подготовка путейской группы и ее первоочередные действия . . .188
16.3. Обоснованна отсутствия "путейских" причин схода с позиции
законов механики 189
16.4. Практические рекомендации путейцам, обследующим место
схода 191
17. Определение основных причин схода с рельсов порожних вагонов .... 198
17.1. Что необходимо знать путейцам при обследовании сошедших
с рельсов тележек 198
17.2. Проверка главного показателя аварийности ("шалости")
тележки 200
17.3. Выявление основных причин схода порожних вагонов
в кривых участках пути 203
Заключение 211
Список литературы 212
215

Производственно-практическое издание
ЛЫСЮК ВАСИЛИЙ СИДОРОВИЧ
Причины и механизм схода колеса с рельса.
Проблема износа колес и рельсов
Технический редактор М. А. Шуйская
Корректор В. Т. Агеева
Подписано в печать 22.01.02. Формат 60x88 1/16.
Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. Усл. печ. л. 13,23. Уч.-изд. л. 14,52.
Тираж 3000 экз. Заказ 222 С 006. Изд. № 8689.
Государственное унитарное предприятие
ордена "Знак Почета" издательство "ТРАНСПОРТ",
107078, Москва, Новая Басманная ул., 10
Типография ОАО "Внешторгиздат"
127576, Москва, Илимская ул., 7

ОБ АВТОРЕ
Лысюк Василий Сидорович
окончил путейское отделение
Брестского техникума и МИИТ
с отличием. Работал
бригадиром пути, дорожным
мастером, старшим дорожным
мастером дистанции пути,
главным инженером ПМС и
НОДП. После защиты
кандидатской диссертации 31
год возглавлял лабораторию
прочности и устойчивости
пути ВНИИЖТа. Сейчас он -
ведущий научный сотрудник
этого института. У него 155
научных публикаций, в том
числе 12 книг, посвященных в
основном проблеме прочности
пути и безопасности движения
поездов. По материалам 40
уголовных дел, возбужденных
по фактам крушений и аварий
поездов, был судебно-техни-
ческим экспертом.
ISBN 5-277-02281-3